新能源并网技术发展现状及展望-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、光）具有随机性与波动性，无法运输与存储，能量密度低。
• 新能源发电出力不确定度大，难以准确预测与调度。
• 不同时间尺度下的预测不确定性较高，区间越宽不确定性越大。

1.2 设备特性

• 新能源设备抗扰性低，耐压、过流能力弱，受扰后易脱网。
• 新能源设备主动支撑能力弱，故障穿越特性与宽频动态特性差异大。

1.3 带来的挑战

• 高效消纳：新能源集中式与分布式接入导致系统调节能力不足，功率平衡难度增加；“三北”地区新能源外送依赖特高压直流，但调节资源不足，消纳难度大。
• 稳定运行：自2009年起，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，新疆哈密风电基地出现次/超同步振荡，导致多次风电脱网与设备损坏。

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年代起开展研究，主要集中在单场站层面，关注短期和超短期预测，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、多预报对象的预测体系。
• 技术路线：
  • 气象预报：采用数值天气预报（NWP）获取气象输入数据。
  • 预测模型：建立气象要素与功率的非线性映射模型，实现功率预测。
  • 结果处理：优化预测结果、评估偏差区间。
• 电力数值天气预报：中国电科院建成全国覆盖的数值天气预报中心，空间分辨率3km×3km，可实现未来10天的网格化预报。
• 单站预测：通过NWP与实际功率映射，实现更精细化的建模。
• 集群预测：基于网格化NWP数据，采用深度学习模型，融合区域天气与设备信息，提升预测效率与精度。
• 超短期预测：利用邻近时刻实际功率、测风/测光数据与NWP，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，构建月度、年度预测模型，实现新能源场站未来1年逐月电量预测。
• 概率预测：在预测误差分析基础上，生成不同置信度的预测区间，辅助调度决策。
• 预测结果：东北风电、光伏概率预测结果已实现应用。

2.2 优化调度技术

• 随机优化调度：基于多场景预测，实现新能源与调节资源在年-月-日前-日内尺度的互补协调调度，挖掘风光水气火储多能互补潜力。
• 应用示范：已在青海、新疆等电网开展示范应用，推广至西北、东北等8个省级电网。
• 新一代调控平台：实现新能源实时调度与生产运行管理全过程服务支撑。

2.3 生产模拟技术

• 时序生产模拟：基于全年8760小时电力电量平衡，准确刻画源-网-荷-储运行方式，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，支撑并网时序优化与运行方式评估。

2.4 分布式承载力评估技术

• 主配协同评估：基于配网设备热稳极限与主配网运行风险模型，评估分布式光伏承载力，支撑规划与运行。
• 系统应用：已实现分层分区承载力评估，支持省-地-县三级承载力分析。

2.5 新能源主动支撑技术

• 构网型控制技术：具备自主建立和调节频率、电压的能力，不依赖同步锁相。
• 同步电机接口技术：提升新能源在稳态运行与故障时的电压、频率支撑能力，具备与同步调相机相近的短路电流与暂态过电压抑制能力。

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+时域仿真分析-参数优化与验证。
• 行业标准：制定了NB/T10651-2021《风电场阻抗特性评估技术规范》与《光伏发电站阻抗特性评估技术规范》（送审稿）。
• 阻抗扫描方法：采用控制硬件在环仿真，消除仿真步长、接口延时等对阻抗测量精度的影响，构建覆盖80%装机容量的阻抗模型库。
• 宽频阻抗建模：考虑频率耦合与汇集网络，实现新能源场站整体阻抗特性分析。
• 宽频阻抗测量装备：电压等级35kV，容量16MVA，频率范围2~1000Hz，已用于风电机组、光伏逆变器实测。
• 实时仿真平台：支持新能源单机、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

• “可观、可测、可调、可控”：
  • 数据采集：通过HPLC升级、智能电表非计量功能拓展，实现分钟级数据采集。
  • 预测技术：基于3×3km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、“集中器+规约转换器”等实现“可控”与“可调”。

2.8 并网技术标准

• 核心标准：
  • GB/T19964（>10kV）与GB/T29319（10kV、380V）是光伏发电并网的核心标准。
• 修订内容：
  • 新增一次调频、高电压穿越、连续故障电压穿越等技术条款。
  • 提高有功功率控制、电压与频率适应性等指标要求。
• 技术要求对比：
  • 有功功率控制：明确响应时间与速度要求。
  • 一次调频：具备响应能力，对响应时间与调节时间提出要求。
  • 电压适应性：从0.9p.u.~1.1p.u.扩展至0.85p.u.~1.1p.u.。
  • 频率适应性：从49.5Hz~50.2Hz扩展至48.5Hz~50.5Hz。
  • 高电压穿越：具备最高1.3p.u.电压穿越能力，需提供无功支撑。
  • 连续故障电压穿越：具备至少连续两次低电压/高电压穿越能力。

三、展望

1. 新能源功率预测：

   • 需提升预测精度，延长预见期，丰富预测结果形式。
   • 探索不同时空尺度预测误差传递特性与重大转折天气影响机理，建立差异化预测与优化理论。

2. 新能源消纳：

   • 随着新能源装机量增加，需加强新能源与各类调节资源的协同规划与优化运行。
   • 提升系统调节能力，实现新能源高效消纳与稳定运行。