探讨新能源接入对智能配电网的影响及建议

晏开志

（云南省配售电有限公司，云南 昆明 650228）

0 引言

应对气候变化,事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体，两会明确把“碳达峰、碳中和”纳入生态文明建设整体布局。构建智能配电网适应高比例接纳新能源是一项有力的举措，已成为新时代备受关注的焦点。作为支撑国民经济发展主要能源之一，电能消耗极大，传统的化石能源在不断枯竭，构建以光伏发电、风力发电的新能源替代煤电等传统能源，结合新能源的特征构建适应性更强的智能配电网，提高新能源的利用率，确保我国“碳达峰、碳中和”目标的实现是当务之急。

1 新能源及智能配电网

新能源的发展及自适应接入智能配电网成为近年来备受瞩目的焦点，我国出台一些列扶持性政策文件旨在调动，确保新能源和智能配电网更好的完善及优化，实现理想化的发展目标，为国家电力的发展提供有力的支持[1]。

1.1 新能源

1.1.1 风能发电

风能是一种可再生资源，属于新能源的范畴。风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。伴随着更加安全、更加智能、更加开放、更加低碳的智能配电网发展，风力发电在未来能源供给中将扮演更加重要的角色。截止2020年底，我国风电装机达2.81亿千瓦，其中陆上风电装机2.71亿千瓦、海上风电装机为900万千瓦，中国的风电规模领跑全球。风力发电技术在多项新能源开发中占据着非常关键的地位，技术的成熟度和规模化也备受瞩目。

1.1.2 光伏发电

光伏发电的原理是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。光伏发电系统分类，一种是集中式（如大型地面光伏发电系统）和分布式(以6MW为分界，如工商企业厂房屋顶光伏发电和民居屋顶光伏发电系统）两种[2]。光伏发电具有可持续性、清洁性和无地域限制等突出优势。截止2020年底，我国太阳能发电装机容量达253.43GW，2020年新增装机量为48.2GW，增长24.1%。

图1 风机结构的原理图

图2 光伏发电的原理图

1.1.3 新能源发展预判

（1）可再生能源已成为全球能源发展的主流方向

以光伏发电、风力发电为代表的新能源行业逐渐成为替代传统化石能源的重要主力军。一方面，新能源具有清洁、可再生等特性，另一方面，传统化石能源不可再生，且已探明的储存量难以支持人类社会可持续发展。因此，新能源是未来经济社会发展的重要能源动力。

（2）市场需求空间巨大

随着中国、印度等新兴市场及美国、日本、欧洲等发达国家传统新能源市场需求的快速增长，全球光伏发电装机规模呈现高速增长的快车道。

（3）国家政策支持

近年来全球各国推出多项扶持政策，为新能源快速发展提供了有力的政策支持和技术创新资金支持，为光伏、风力发电营造了宽松有利的发展环境，指导新能源发展方向、引导市场资源向新能源消纳倾斜、提升新能源的关注起到了重要作用。

1.2 智能配电网概述

智能配电网是一个相对完整的系统，其将通信技术、现代电子技术和计算机技术等有效的结合到一起，借助于整合配电网的相关数据信息，使得配电网可以正常的运行，在正常状态下加以实现，稳步突破科学化监测以及控制等多种目标，促使分布式电源的大规模接入和消纳得到有效的促进，支持配网和用户间有效的互动，为用户们享受到更加优质、可靠、安全的电能提供保障。智能配电网必须要有电力系统以及通信网络的物理支持，同时还应该将多种高端计算机分析软件加以集成，关键技术涵盖着配电网自愈、微电网、柔性交流配电等。

图3 智能配电网系统图

2 新能源接入对智能配电网的影响

新能源发电的主要目标是确保电力系统的电量稳步增加，科学的控制电力系统对现有能源的消耗量。目前，新能源的接入被划分出实际的种类，如并网发电、可离网蓄电以及两者混合系统。电网的实际接纳能力明显不足的时候，新能源发电并网可以让电力系统承受着较为明显的负面影响，实际的问题较多，以下详细概述。

2.1 电能质量受到的影响

风力发电和光伏发电很容易受到外界因素的干扰，体现出较为明显的波动性和间歇性的特点，通常配有整流逆变设备以及电力电子设备，甚至产生谐波以及直流分量。谐波电流合理的注入至电力系统之后，通常会让电网电压产生明显的畸变，降低电能的基本质量，使得测量仪表无法准确的使用，还会让电力系统继电保护和自动装置误动作，威胁到电力系统的稳定运行状态[3]。因为并网电量随机波动相对明显，实际的可调节性并不理想，并网阶段还会产生较大冲击电流，从而引起明显的电压波动及闪变情况，让馈线的潮流呈现出显著地变化，对稳态电压分布以及无功特性等产生一定的干扰，使得电网出现不可控状态，相应的调峰容量余度也能明显增加。新能源发电单元的频繁启动过程中，也会让配电线路的负荷潮流逐步变大，电压调整的难度明显提高。

2.2 网损受到的影响

当新能源适当的接入至智能配电网后，配电系统一般会由原有单电源辐射式网络逐步的转变为用户互联及多电弱环网络。电网在实际分布形式发生了较为明显的变化之后，负荷大小和方向均难以合理的预测。整个过程中，会直接的影响网损，除与负载因素存在着密切联系外，还和系统连接的电源位置及容量大小存在着密切的联系。

图4 智能配电网技术模式图

2.3 实时监控受到的影响

当前智能配电网属于无源放射形电网，信息采集以及开关的基本操作等相对简易，在落实科学化监测和控制的过程中，重点是由供电部门统一的执行。新能源接入让整个过程相对复杂，尤其是在新能源接入之后易产生“孤岛”问题，需要进行科学的监测预防。新能源的本电网和主配电网进行分离时，还需向着独立的配电网加以输电，由此便会产生上述提及到的“孤岛”情况。孤岛内部的电压以及相应的频率并不能受到电网的控制，如果电压以及相应的频率超出了特定的范围，会直接的影响到用户设备。负载容量在孤岛逆变器容量之上时，会使得逆变器产生过载的问题，从而引发烧毁的情况[4]。

2.4 并网标准的影响

当前，国家并未具备相对统一的新能源发电并网标准，大中型新能源发电并网会受到多种因素的干扰，如电能质量、电网调度及运行等，电网接纳能力等多方面技术问题并未获取明确定论，对于接入系统的有功/无功控制能力等的检测手段不科学，对控制器、逆变器和输配电设备等的检测尚不完善。在大中型新能源并网系统发展阶段，电网的接纳能力和电量调度运行等多个方面面临着崭新的要求。

3 新能源接入智能配电网的相关建议

新能源接入智能配电网的过程中，可以适当的摒弃传统方案的束缚，无需构建配电站，适当的控制了相应的成本，减少了接入点的基本传输功率，增加输电裕度，减轻了负荷压力，强化了调节的性能，使得线路损耗得以维持。智能配电网还涉及到数据自动采集应用以及相关信息的双向传输，借助于可靠地监控分析过程，使得智能配电网得以有效的监管。

3.1 实现智控模式下的有序充电

电网智能控制模式也被称作是V1G模式，电网智能化程度一般。在合理运用新能源的过程中，通过适当的接入智能配电网实现单向电能交换，也就是在允许的时间段内合理的充电时，但无法及时的对电网反馈电能。此类模式的科学使用，可以将新能源的优势之处充分的体现，促使着响应速度明显提高，依照电网负荷特性科学安排充电的时间，强化配网供电效率以及实际的经济性。

3.2 双向互动模式下有序充电

双向有序充放电模式也被称作是V2G模式，主要是将电网的交流电变为直流电，以便实现充电的目的，将电池中的直流电反向变为交流电，以此实现对电网的科学供电，实现削峰填谷。这种模式可以有效增强电网自身的调节能力，对于用电高峰和低峰的差值进行调节，智能化的运行模式科学减小电网峰谷差[5]，使得智能配电网稳步运行起来。

3.3 改善电网实际的负荷特性

电网的负荷特性能够产生十分重要的影响，应该对其适当的改善。智能配电网中，负荷峰谷差较大，当面对着电网负荷高峰时段时，应该拥有足够容量的电厂科学的调节负荷的实际变化状态，当低谷时，应该合理运用闲置容量，避免出现浪费的问题。但是整个工作开展的阶段，受到多种因素的干扰相对明显，极易出现资源浪费的情况。运用新能源接入智能配电网的手段，可以让资源有效的节省，缩小电网的峰谷差，起到理想化的移峰填谷的效果。适当的减少电网负荷的波动，强化电网设备的基本利用率，合理延缓电网投资，提升电网供电的具体效率及供电经济性。

3.4 参与电网频率调节过程

在智能配电网运行的过程中，应该积极的重视新能源接入后的相关调试情况，结合具体的应用标准及要求，确保电网频率以及其他指标等维持在合理的范围中。电网应该积极的运用调整频率的方式，合理的满足负荷以及系统功率的实际平衡状态。新能源接入智能配电网之后，在特定的模式之下，可以运用低谷时完成充电，用电高峰时则会放电，及时的替代了以往传统的电厂调频模式[6]。在新能源大规模接入智能配电网之后，可以保证电网调频的高效性以及经济性。

3.5 促进新能源分布式发电消纳

智能配电网包含着一些基本功能，如新能源接入功能、双向通信网功能等，在实际运用的时候，可以适当的将智能配电网模型加以构建，方便后续研究分析新能源供用电接入对智能配电网的综合影响，对配电网各组件的监控以及最优供用电组合。新能源发电体现出随机性较强的特点，同时也有着明显的波动性，可直接的影响到电网和稳定运行，不利影响十分显著。可以适当的借助于新能源充电负荷可控的基本特征，将新能源分布式电站、电动汽车充电站等组成微网之后并网，合理的减小随机性的干扰，确保电网可以稳定的运行。

4 结论

在微网、物联网技术飞速发展的进程中，未来智能配电网也开始融入了新能源，确保负荷侧的交互顺利实现，支持多元化电源灵活接入。新能源接入的智能配电网，其中一个最主要的优势是十分便捷，不必受空间的束缚和限制，实现了即插即用。在本文的概述中，明确了新能源接入对配电网实际的影响，并提出了相关的建议，旨在为具体工作的开展提供借鉴。