2024-04-26-中国电力科学研究院-2024新能源并网技术发展现状及展望报告_38页_13mb

新能源并网技术发展现状及展望总结

一、新能源并网特性

1.1 资源特性

• 新能源资源（如风能、光能）具有随机性与波动性。
• 能量密度低，无法运输与存储，且空间分布差异大。
• 新能源发电出力不确定度大，难以准确预测与调度。

1.2 设备特性

• 新能源设备抗扰性低、弱支撑性，受扰后易脱网。
• 发电单元数量多、类型多，不同类型设备的故障穿越特性、宽频带动态特性差异显著。

1.3 带来的挑战

• 高效消纳：新能源大规模集中接入使系统调节能力不足，功率平衡难度增大；“三北”地区新能源外送依赖特高压直流，但灵活调节资源不足。
• 稳定运行：国内外频繁发生新能源宽频振荡事故，如美国得州风电经串补送出系统发生20Hz振荡，新疆哈密风电基地发生次/超同步振荡，导致设备损坏和脱网。

二、新能源并网技术发展现状

2.1 新能源功率预测技术

• 国外发展：自上世纪90年代起研究，以单场站预测为主，应用于电力市场交易。
• 国内发展：2008年首套风电功率预测系统投运，已形成多时间尺度、多空间范围、多预测对象的预测体系。
• 技术路线：包括气象预报、预测模型、结果处理三个环节。
• 电力数值天气预报：中国电科院已建成电力数值天气预报中心，提供全国3km×3km网格化预报，覆盖未来10天。
• 单站预测：通过NWP与实际功率的映射模型进行预测，实现更精细化建模。
• 集群预测：基于深度学习模型，融合区域天气与场站布局信息，提升预测建模效率。
• 超短期预测：每15分钟滚动预测未来4小时功率，精度高于短期预测。
• 中长期预测：基于历史数据与气候预报，实现月度、年度电量预测，均方根误差分别为11.01%、9.81%、7.41%。
• 概率预测：提供不同置信度下的预测区间，辅助调度决策制定。

2.2 优化调度技术

• 随机优化调度：基于多场景预测，协调新能源与调节资源在年-月-日前-日内不同时间尺度调度，实现最大化消纳。
• 系统应用：已在青海、新疆等电网示范应用，推广至西北、东北、甘肃等8个省级电网。
• 新一代调控平台：支持新能源实时调度与运行管理，部署于西北、青海等省份。

2.3 生产模拟技术

• 时序生产模拟：基于全年8760小时电力平衡，科学量化评估新能源消纳能力与供电不足风险。
• 软件应用：新能源生产模拟软件（REPSs）已应用于24个省级及以上电网，支持接纳能力评估、并网优化等。

2.4 分布式承载力评估技术

• 主配协同评估：结合配网热稳极限与主网调峰能力，评估分布式光伏承载力。
• 技术应用：支持省-地-县分层分区承载力评估，为规划与运行提供决策依据。

2.5 新能源主动支撑技术

• 光伏/风电已具备功率调节、故障穿越能力。
• 未来需发展暂态主动支撑功能，部分设备具备构网能力。
• 构网型控制技术：无需依赖锁相环，具备自主建立和调节频率、电压能力。
• 同步电机接口技术：新能源发电结构与控制策略改进，具备同步发电机的电压和频率支撑能力，可抑制暂态过电压。

2.6 宽频振荡分析技术

• 技术路线：全电磁暂态建模-频域阻抗分析-时域仿真-参数优化与验证。
• 标准制定：发布《风电场阻抗特性评估技术规范》（NB/T10651-2021）及《光伏发电站阻抗特性评估技术规范》（送审稿）。
• 阻抗扫描方法：基于控制硬件在环仿真，消除仿真步长、接口延时等因素对阻抗测量精度的影响。
• 阻抗模型库：覆盖国内80%以上装机容量，支持场站阻抗等值与频率耦合分析。
• 宽频阻抗测量装备：35kV电压等级，最大容量16MVA，测量频率范围2~1000Hz。
• 实时仿真平台：用于新能源单机、场站、集群宽频振荡仿真与抑制措施验证。

2.7 分布式光伏技术

• 实现**“可观、可测、可调、可控”**，通过PLC通讯模块升级、智能电表拓展非计量功能，支持分钟级数据采集。
• 预测技术：基于3km×3km网格NWP，日前预测准确率达93%。
• 控制技术：采用智能电表费控开关、光伏专用断路器、规约转换器等手段实现低压分布式光伏“可控”和“可调”。

2.8 并网技术标准

• 核心标准：GB/T19964（>10kV）、GB/T29319（10kV、380V）。
• 修订内容：
  • 新增一次调频、高电压穿越、连续故障电压穿越等要求。
  • 提高有功功率控制、电压/频率适应性等指标。
  • 高电压穿越能力提升至1.3p.u.，且需提供无功支撑。

三、展望

1. 新能源功率预测：需研究高占比系统下的预测误差传递特性与重大转折天气影响机理，提升预测精度与预见期。
2. 新能源消纳：随着每年新增装机超2亿千瓦，需加强新能源与灵活调节资源的协同规划与优化运行。
3. 稳定控制：推动构网型新能源技术研究与工程应用，发展主动支撑控制新方法。
4. 多学科协同：新能源并网涉及能源、电气工程、控制、气象等多领域，需加强产学研协同攻关。

四、结语

新能源并网技术在预测、调度、稳定控制等方面取得显著进展，但仍面临波动性大、调节能力不足、宽频振荡等挑战。未来需在高精度预测、多能互补调度、主动支撑控制、多学科协同等方面持续突破，以实现新能源高效、稳定并网运行。