大规模间歇性新能源接入对西藏电网的影响研究_赵宏程，长期从事面向互联网领域设立的业务，掌握科技与创新技术传播领域的产品提供、运营、服务一体化等技术和资料。

　　内容提示：124 EPEM 2020.12新能源New Energy大规模间歇性新能源接入对西藏电网的影响研究国网西藏电力有限公司电力科学研究院 赵宏程 张志鹏摘要：探讨西藏电网中光伏新能源发展的现状，分析了大规模光伏接入对西藏电网的具体影响，并讨论了相对应的主要措施。关键词：间歇性新能源；光伏发电；西藏电网随着世界各国对于节能减排、能源安全和能源获取等方面的需求日渐提高，可再生能源已成为全球各大电网中越来越重要的组成部分。常见可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、水利能等多种形式。其中太阳能和风能具有显然不可控因素，也被称为间歇式新能源。作为世界第一大能...

　　124 EPEM 2020.12新能源New Energy大规模间歇性新能源接入对西藏电网的影响研究国网西藏电力有限公司电力科学研究院 赵宏程 张志鹏摘要：探讨西藏电网中光伏新能源发展的现状，分析了大规模光伏接入对西藏电网的具体影响，并讨论了相对应的主要措施。关键词：间歇性新能源；光伏发电；西藏电网随着世界各国对于节能减排、能源安全和能源获取等方面的需求日渐提高，可再生能源已成为全球各大电网中越来越重要的组成部分。常见可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、水利能等多种形式。其中太阳能和风能具有显然不可控因素，也被称为间歇式新能源。作为世界第一大能源生产和消费国，中国肩负重要的节能减排重任，并积极推进新能源建设。截至2019年底我国可再生能源累计并网装机容量达到7.9亿千瓦，其中水电3.56亿千瓦、风电2.1亿千瓦、光伏发电2.04亿千瓦、生物质发电2254万千瓦，以上指标均居世界第一。西藏地区太阳能资源丰富。近年来西藏电网陆续投入运行了大量光伏电站。太阳能光伏发电在西藏电网中占比迅速增加，一方面能够调整能源消费结构，促进清洁能源开发，提高能源利用效率 ；另一方面新能源的间歇性给电网带来巨大挑战。1 西藏电网光伏发电接入现状及光伏发电特点西藏的电力工业始于上世纪20年代，西藏噶厦政府从英国引入设备和技术建设了北郊夺底电站，于1946年停止发电。1959年西藏实行民主改革后电力事业也取得了巨大发展，20世纪后半叶拉萨西郊电厂、山南沃卡电厂、日喀则塘河电厂等各大电厂相继建成，21世纪初昌都金河水电站、拉萨直孔水电站和藏木水电站等一批骨干电站相继建成投运，实现了西藏电力从无到有、从少到多，从单一能源到以水电为主，太阳能、火电、风能、地热能多能互补的综合能源体系。预计2021年阿里与藏中电力联网工程将建成投运，西藏统一电网将建成，主电网将覆盖全区74个县，电力安全可靠供应水平将得到极大提升[1] 。西藏年日照时间平均在3000~3400小时，大多数地区日照较多，年太阳总辐射量在6000MJ/m 2 以上，其中阿里地区大部、日喀则地区大部、山南地区西南部年太阳总辐射量超过8000MJ/m 2 ，是全国太阳能资源最丰富的地区。近年西藏电网陆续投运了大量光伏电站，其中绝大部分都接入了藏中电网。图1 西藏电网近年来光伏发电装机容量图2 西藏电网各能源占比情况 2020.12 EPEM 125新能源New Energy从图1中可见近年来西藏光伏总装机容量增加约12.8倍[2] ，尤其是2017年容量从33万千瓦增长到80万千瓦，增长一倍以上。截至2019年底西藏电力总装机容量达到342万千瓦，其中光伏装机占比32.2%，水电占比约50%，火电机组和风能、地热机组占比很小，合计新能源占比高达82.2%，远远超过全国平均水平。随着藏中联网、阿里联网、中尼联网等工程的逐步建成，未来将有更多的光伏电站投入运行。大规模间歇性光伏发电并网对电网运行带来严峻的挑战。目前电网中最主要的能量来源仍然是火力发电厂。火力发电是一种集中式、稳定、可独立向电网系统供电的可靠能源。通过建立电网规范和标准规定并网电能的特征，可有效建立稳定、安全和可靠的输电网络。与传统火力发电厂相比，大规模光伏发电与风能发电、潮汐能发电等新能源具有的独特特征会都会对电网造成影响。这些特征主要包括部分不可预测、变化不可控、地理位置受限等[2-3] 。部分不可预测意味着虽可从大尺度上估计该能源的变化规律，但无法从前一个小时或前一天的数据上预测间歇性可再生能源下一时刻的产能。变化不可控是指电网和发电厂即使可预测新能源的产能，但不能通过自己的技术能力对产能进行调整。地理位置受限说明不能自主安排新能源电厂的位置，以平衡电网中各能源占比。因此当大规模间歇性新能源接入，电网无法对当前负载与生产进行预先安排管理，也不能更换新能源发电的接入位置，仅能在传输系统中处理几秒钟至几分钟的时间范围内的频率和电压波动。电网控制将变得非常复杂，系统变得更加脆弱，这将严重影响电网的可预测性和可控性。目前虽然西藏电网已经取得长足发展，但是仍然必需面对巨大困难，例如常规能源匮乏、间歇性可再生能源占比过高、系统总装机容量低、电源距离负载较远等现实问题[4] 。当大规模间歇性光伏新能源接入西藏电网将直接影响西藏电网的稳定性。2 大规模间歇性光伏新能源接入对西藏电网的影响对电压稳定性的影响。常规配电网从发电厂到负载端呈辐射状，电压沿馈线方向逐渐降低。电网中所有节点在正常运行和遇到干扰时能够维持电压水平的能力决定了整个电网的电压稳定性。通常电压不稳定是由于局部节点发生扰动造成的，但是当局部节点发生过大干扰则有可能导致整个电网电压崩溃。当将大规模的光伏系统引入电网时，其间歇性和随机性成为电网中电压最不稳定的节点。当阳光充足时光伏系统可显著抬高电网电压，有利于防止电压跌落 ；一旦云层遮挡光伏发电系统可能出现短时间出力迅速下跌，进而造成电网电压下降或闪变。尤其在西藏电网中，光伏发电占比巨大，总装机容量低，光伏发电并网对电网电压的稳定性影响尤为突出。对频率稳定性的影响。通常电网供电频率稳定性问题与系统组件的响应不足、发电储备不足或控制和保护设备的协调不良有关，电网供电频率发生明显变化将导致发电与负载之间不匹配。在常规能源中，当电网频率发生变化，可根据负载和发电厂输出间的平衡调节汽轮机转速、从而调节频率。光伏发电系统的发电原理与火力发电完全不同，没有转动部件，即无法通过调节转速响应电网频率控制。大规模光伏发电系统接入会对电网频率造成影响，但目前该方面研究还需进一步深入[5] 。谐波影响。目前电网和光伏系统中大量使用电子器件。当大规模间歇性能源接入电网时，会因为系统中开关器件频繁通断，形成开关频率附近的谐波分量，导致电网电压、电流波形产生畸变，进而对系统中电子器件、控制器、变压器、用户等造成不利影响。目前研究表明，在间歇式可再生能源接入位置不变的情况下，其出力占总负荷比例越高造成电网电压总谐波畸变率越大[6] 。在西藏电网光伏发电占比非常大，因此其接入电网造成的谐波影响也非常大。对继电保护装置的影响。常规放射型配电网中潮流模式单一，不存在转移电流。在已建成的电网中存在大量继电保护装置，这些装置通常只考虑了单一方向潮流。但由于太阳能系统受地理位置限制通常在电网边缘接入，造成系统潮流流向发生大幅度变化，进而造成继电保护装置的错误动作，如差动保护灵敏度降低、距离保护失灵、重合闸重合失败等，如更换原有配电网继电保护装置则需大量成本。西藏电网中光伏系统自2010年后才迅速增加，对原有继电保护装置影响巨大。3 应对措施分析提高光伏系统出力预测能力。光伏发电的间歇性强是所有问题最大的根源。提高光伏出力预测能力可提高西藏电网调度部门统筹安排多能源协调配合的能力。完善光伏电厂厂区气象预报体系，包括辐照强度、温度、湿度、云层等参数，建立实时气（下转128页） 128 EPEM 2020.12新能源New Energy通过屏蔽电缆和防雷过渡环实现叶片雷电流叶片至塔架的单独泄放通道，保证了雷电流传导路径与轮毂、机舱内部设备的空气中的间隔距离，有效避免了雷电流经轴承、齿轮等金属部件对轮毂、机舱内部设备造成的电效应、热效应和机械力损害。此外，防雷过渡环间隙填充物为石墨润滑脂，其理化性能稳定，与金属兼容性好，具有良好的灭弧性、抗磨损性和粘附性，能有效降低接触点的接触电阻（涂抹后电阻降低25~95%），改善金属接触面的导电性能，提高导电性能，以宽100mm、直径4000mm 圆环为例，内环和外环有效接触面积可达1256000mm、即1.256m，接触面积远大于碳刷，能有效的实现雷电流的传导过渡。石墨润滑脂对金属材料无腐蚀、润滑性能良好，减少接触部位的磨损，使用寿命长，一般为一年至几年，维护简单、成本低、节能环保，适应于我国大部分地区，避免了安装碳刷方法存在的的问题和缺点。通过外部架设雷电流导流装置，保证了空气中的间隔距离，而石墨润滑脂良好的灭弧性能，解决了间隙放电产生截波对有线圈的设备造成危害，有效降低了雷电流产生的感应过电压和雷击电磁脉冲对轮毂、机舱内部设备的影响。为进一步提高轮毂、机舱内电子设备对雷击电磁脉冲和感应过电压的防护效果，可在外罩上增加屏蔽措施，削弱雷电电磁脉冲对机舱内设备的影响[4] 。轮毂、机舱罩采用金属材质效果最好，当采用复合材料时应在罩体表面敷设金属屏蔽网格。通过外部导流和屏蔽措施，可有效避免安装放电间隙方法存在的问题和缺点。另外，对于风机内部防雷系统可按照规范要求进行均压及措施，采取电位连接、屏蔽措施、电涌保护和合理布线等措施，以便达到风机综合防雷防护的目的。参考文献[1]尹慧勇.风电机组的防雷技术 . 硅谷 ,2011,01.[2]李静.风电系统工程过电压防护及防雷措施分析.中国科技信息 ,2013,11.[3] 黄金鹏 ,俞黎萍,李强 . 浅析风力发电机组认证指南中防雷装置的几个要点 .风能产业 ,2013,9.[4] 杨文斌 , 周浩.风电机组过电压保护与防雷接地设计.高电压技术 ,2008,10.（上接125页）象数据记录，结合气象数据与光伏系统出力变化建立更为细致的气相预测模型，提高系统预测能力，是解决以上问题的有效措施 ；提高电网总容量和调峰调频能力。根据西藏地区能源禀赋，进一步提高西藏电网中水电站装机容量，提高西藏电网总容量。据预计到2025年西藏电源装机规模达到1142万千瓦。应在发展光伏发电的同时提高水电占比，可有效提高电网调峰调频能力。此外，大力推进储能技术发展与应用，降低太阳能间歇性对电网系统的影响。改善电网抗谐波能力。进一步提高对并网光伏电源的监管能力，严格规范入网电源的技术参数，掌握电网各节点谐波污染情况，清理不符合入网标准的发电厂。对现有设备进行适当改造，可采用多电平逆变器、脉宽调制型逆变器、增加换流装置的脉冲数、采用有源或无源滤波装置抑制谐波。此外在设计新增电网时应考虑到大规模间歇性能源接入对于电网的谐波影响 ；改进电网继电保护装置性能。定期检查光伏发电接入电网对相关继电保护装置的影响，及时更换故障设备。为保障光伏能源接入，在电网正常运行时串联电抗器，加强原有继电保护。进一步研发和部署智能分布式配电保护及自愈控制技术，包括电流电压互感器、智能终端、无线通讯等技术，实现对故障信息的自动识别、故障定位隔离等新型自动控制技术，减少大规模间歇性广发发电接入对西藏电网的影响。参考文献[1]党亚利 ,索朗多吉.西藏 :电“靓”雪域高原[J].国家电网,2019,10.[2]2020年上半年光伏发电并网运行情况 .国家能源局[EB/OL].[2020-10-21].[3]西藏统计年鉴 [EB/OL].[2020-10-23].[4]电网运维课题组 .西藏电网建设和运维关键问题研究 [J].国家电网报 ,2017,6.[5]RAHMANNC,CASTILLOA.FastFrequencyResponseCapabilityofPhotovoltaicPowerPlants:TheNecessityofNewGridRequirementsandDefinitions[J].Energies,MultidisciplinaryDigitalPublishingInstitute,2014,10.[6]栗陶 . 新疆新能源及分布式电源接入配电网适应性研究 [D].西安科技大学,2018.