论文部分内容阅读
摘要：近年来，国家发展改革委、国家能源局贯彻党中央、国务院决策部署，出台了一系列政策措施，推动我国新能源发展和消纳取得重大成就。2019年我国新能源发电累计装机容量突破4亿千瓦，相当于德国和巴西两国电源总装机的总和。其中太阳能发电装机容量突破2亿千瓦，持续七年位居世界第一，是排名第二位美国的三倍。我国新能源发展规模持续领跑全球，以风电、太阳能发电为代表的新能源逐渐显现出从替代电源向主流电源发展的喜人态势。新能源消纳形势取得显著好转，弃电量持续下降，新能源利用水平不断提高。
关键词：新能源消纳;电网结构;电网承载力;反向负载率;热稳定
引言
近年来，随着国家对新能源的重视与政策支持，以及光伏扶贫等政策的推进，以光伏为代表的新能源发电规模快速扩大，产业不断发展，光伏发电占比持续攀高。越来越多的分布式电源加入电网，改变了电网结构[1]，对传统的电网运营影响较大[2]，引起了电网相关业务的变革。电力供给是优化营商环境的重要内容，不断增强企业和群众的获得感是电网企业改革的主要方向。受电网架构与建设周期的约束，“先接入、后治理”常常成为电网企业面对营商环境挑战的常规选择，引发新能源快速增长与电网承载力滞后之间的矛盾，使得电网消纳新能源力的相对下降，造成弃光充风等行为持续发生。
1消纳能力分级评估设计思路
1.1新能源消纳能力面临的问题与挑战
大量新能源快速入网，改变了电网结构与潮流方向，使得电网结构更加复杂，有功潮流倒送在局部电网变得更为常见，新能源无序接入使得电网结构更为脆弱，消纳能力增长滞后。长期以来，由于接入技术标准的滞后，新能源在接入时缺少权威性的技术评估标准，存在新能源大量无序入网的情况，导致新能源发电与局部负荷增长不匹配，有功潮流倒送上级电网，抬高了电网线损率指标，影响到电网公司经济利益，而且还会对电网保护系统造成极大冲击，给电网安全稳定运行带来新的威胁。通过电网新能源消纳能力进行评估，建立有效的技术体系，发现电网消纳新能源的瓶颈与结构弱分布，是引导新能源规划建设、对新能源接入薄弱环节进行有效治理的前提，在实践中，我们发现，对电网进行分级评估，建立消纳能力多级评估体系，根据评估结果，对新能源消纳进行综合治理，是不断提升电网新能源消纳能力的必由之路。
1.2分级评估设计思想
电网消纳能力评估以保障电网安全稳定运行和促进新能源健康有序发展为前提，按照“分层分区”原则，从总体到局部开展。从新能源接入来看，受容量限制，分布式新能源主要接入低压220/380V，以及10kV，当超出馈线承载力之后，倒送到10kV母线、主变，最终将影响到220kV变电站。因此，新能源消纳涉及到地县两级，需要地、县两级协同治理、共管共治，现有的新能源消纳管理体系比较分散，缺少上下级的联动以及协同配合，致使各县公司新能源消纳能力极端不均衡，部分时段，多个220kV变电站有功倒送主网，接近稳定限额，电网安全稳定运行压力大，必须采取果断措施消除电网安全运行重大隐患。
2关键技术
2.1主配网模型融合技术
消纳能力评估的基础是建立包括220kV至10kV馈线的多级电网模型，目前，35kV及以上电压等级电网模型在OPEN3000SCADA系统中，10kV馈线电网模型，特别是拓扑联络模型，需要重新建立，电网拓扑模型。由于电网模型具有变动性，它随着电网运营活动的变动而不断变化，因此，10kV馈线模型要有一定的适应性，它能够随着主网模型的变化而相应的调整，在实践中，采用了主配网模型松耦合通知技术。由模型监测中心服务监测主网模型变更，当监测到主网模型变更后，发送变更消纳至配网模型。配网模型监测到主网模型变化后，对模型变更进行评估，评估的依据是IEC61970模型的Energy-Consumer实例，一旦发现有新的模型，便启动增量模型，通知使用人员进行更改。如果是运营活动引起的停役等活动，便做状态标记，当发现有退役时，标记配网模型做相应退役处理。
2.2基于微服务的数据封装
传统软件架构是集中部署一套大的Web应用，将各类服务方法集中到整个应用中，所有的开发者都在一个整体应用环境下开发各个功能模块。微服务架构开创了全新的理念，提供了系统的模块化的解决方案，将整个系统的每个服务方法单独拆解出来，独立成一个模块，这样拆解每个服务单独开发、部署和测试，大大提高扩展性与可维护性。本系统微服务采用.NetCore微服务，基于分布式WCF技术进行开发与封装，提高了开发与测试效率，部署比较容易。
3未来新能源消纳需要关注的问题
新能源是我国能源转型的主要力量，未来还将持续快速发展。2020年是“十三五”及实现国家清洁能源消纳三年行动计划目标的收官之年，“十四五”期间新能源将进入平价上网和高质量发展的新阶段，在新能源持续发展的情况下，新能源消纳也将面临新的挑战。新能源消纳不仅受新能源装机容量增长、电力需求增长、跨省跨区交易规模等多重边界条件影响，也与新能源上网电价及补贴调整、可再生能源消纳责任权重考核等政策息息相关。与此同时，国家对新能源消纳工作监管日趋严格，对电力行业服务新能源相关工作提出新的要求。总体来看，新能源消纳需要关注以下问题：一是受新能源补贴退坡“關门”时间影响，可能造成新能源并网需求大增，给新能源消纳带来较大压力。根据《国家发展改革委关于完善风电上网电价政策的通知》（发改价格〔2019〕882号），2018年底之前核准的陆上风电项目2020年底前仍未完成并网的，以及2019～2020年核准的陆上风电2021年底前未并网的，国家不再补贴，且2021年1月1日开始，新核准的陆上风电项目全面实现平价上网，国家不再补贴。根据初步梳理项目建设情况，我国2020年风电并网需求将超过1亿千瓦，而电网企业可接入的新增风电装机在2000～3000万千瓦之间，若按各省最大并网需求开展测算，预计风电利用率不能达到《清洁能源消纳行动计划（2018-2020年）》中要求的弃风率控制在合理水平（力争控制在5%左右）的目标，须有序安排新能源装机，以实现利用率95%的要求。二是随着新能源装机规模不断增长，部分地区省间和省内消纳仍存在困难。部分地区新能源装机规模远超当地消纳能力，以西北地区为例，新疆、甘肃的新能源装机已超过自身最大负荷的1.5倍，且新疆、甘肃风电利用率以及新疆光伏利用率均低于95%。此外，“三北”地区和西南地区富余装机规模超过4亿千瓦，但跨区通道能力仅为7800万千瓦，随着特高压直流配套电源的陆续投运，新能源外送通道空间将进一步萎缩。
结语
新能源自身的特性给新能源的并网外送带来非常巨大的困难，想要提高对新能源的利用效率就必须解决掉这些困难，这样才能够使得电网能够更好的消化掉新能源产生的电能，想要达成这个目标，除了政府之外，还需要社会各界人士的共同努力。
参考文献：
[1]高超，郭强，周勤勇，等.“十三五”电力规划中新能源大规模外送的安全稳定问题[J].中国电力，2017，50（1）：37-42.
[2]田丰.亚欧洲际输电送端地区能源电力外送意愿研究[J].电网技术，2015，39（8）：2076-2081.
[3]伍栋文，于艾清.大规模多源联合外送协调调度中基于核仁理论的利润分配[J].电网技术，2016，40（10）：2975-2981.
关键词：新能源消纳;电网结构;电网承载力;反向负载率;热稳定
引言
近年来，随着国家对新能源的重视与政策支持，以及光伏扶贫等政策的推进，以光伏为代表的新能源发电规模快速扩大，产业不断发展，光伏发电占比持续攀高。越来越多的分布式电源加入电网，改变了电网结构[1]，对传统的电网运营影响较大[2]，引起了电网相关业务的变革。电力供给是优化营商环境的重要内容，不断增强企业和群众的获得感是电网企业改革的主要方向。受电网架构与建设周期的约束，“先接入、后治理”常常成为电网企业面对营商环境挑战的常规选择，引发新能源快速增长与电网承载力滞后之间的矛盾，使得电网消纳新能源力的相对下降，造成弃光充风等行为持续发生。
1消纳能力分级评估设计思路
1.1新能源消纳能力面临的问题与挑战
大量新能源快速入网，改变了电网结构与潮流方向，使得电网结构更加复杂，有功潮流倒送在局部电网变得更为常见，新能源无序接入使得电网结构更为脆弱，消纳能力增长滞后。长期以来，由于接入技术标准的滞后，新能源在接入时缺少权威性的技术评估标准，存在新能源大量无序入网的情况，导致新能源发电与局部负荷增长不匹配，有功潮流倒送上级电网，抬高了电网线损率指标，影响到电网公司经济利益，而且还会对电网保护系统造成极大冲击，给电网安全稳定运行带来新的威胁。通过电网新能源消纳能力进行评估，建立有效的技术体系，发现电网消纳新能源的瓶颈与结构弱分布，是引导新能源规划建设、对新能源接入薄弱环节进行有效治理的前提，在实践中，我们发现，对电网进行分级评估，建立消纳能力多级评估体系，根据评估结果，对新能源消纳进行综合治理，是不断提升电网新能源消纳能力的必由之路。
1.2分级评估设计思想
电网消纳能力评估以保障电网安全稳定运行和促进新能源健康有序发展为前提，按照“分层分区”原则，从总体到局部开展。从新能源接入来看，受容量限制，分布式新能源主要接入低压220/380V，以及10kV，当超出馈线承载力之后，倒送到10kV母线、主变，最终将影响到220kV变电站。因此，新能源消纳涉及到地县两级，需要地、县两级协同治理、共管共治，现有的新能源消纳管理体系比较分散，缺少上下级的联动以及协同配合，致使各县公司新能源消纳能力极端不均衡，部分时段，多个220kV变电站有功倒送主网，接近稳定限额，电网安全稳定运行压力大，必须采取果断措施消除电网安全运行重大隐患。
2关键技术
2.1主配网模型融合技术
消纳能力评估的基础是建立包括220kV至10kV馈线的多级电网模型，目前，35kV及以上电压等级电网模型在OPEN3000SCADA系统中，10kV馈线电网模型，特别是拓扑联络模型，需要重新建立，电网拓扑模型。由于电网模型具有变动性，它随着电网运营活动的变动而不断变化，因此，10kV馈线模型要有一定的适应性，它能够随着主网模型的变化而相应的调整，在实践中，采用了主配网模型松耦合通知技术。由模型监测中心服务监测主网模型变更，当监测到主网模型变更后，发送变更消纳至配网模型。配网模型监测到主网模型变化后，对模型变更进行评估，评估的依据是IEC61970模型的Energy-Consumer实例，一旦发现有新的模型，便启动增量模型，通知使用人员进行更改。如果是运营活动引起的停役等活动，便做状态标记，当发现有退役时，标记配网模型做相应退役处理。
2.2基于微服务的数据封装
传统软件架构是集中部署一套大的Web应用，将各类服务方法集中到整个应用中，所有的开发者都在一个整体应用环境下开发各个功能模块。微服务架构开创了全新的理念，提供了系统的模块化的解决方案，将整个系统的每个服务方法单独拆解出来，独立成一个模块，这样拆解每个服务单独开发、部署和测试，大大提高扩展性与可维护性。本系统微服务采用.NetCore微服务，基于分布式WCF技术进行开发与封装，提高了开发与测试效率，部署比较容易。
3未来新能源消纳需要关注的问题
新能源是我国能源转型的主要力量，未来还将持续快速发展。2020年是“十三五”及实现国家清洁能源消纳三年行动计划目标的收官之年，“十四五”期间新能源将进入平价上网和高质量发展的新阶段，在新能源持续发展的情况下，新能源消纳也将面临新的挑战。新能源消纳不仅受新能源装机容量增长、电力需求增长、跨省跨区交易规模等多重边界条件影响，也与新能源上网电价及补贴调整、可再生能源消纳责任权重考核等政策息息相关。与此同时，国家对新能源消纳工作监管日趋严格，对电力行业服务新能源相关工作提出新的要求。总体来看，新能源消纳需要关注以下问题：一是受新能源补贴退坡“關门”时间影响，可能造成新能源并网需求大增，给新能源消纳带来较大压力。根据《国家发展改革委关于完善风电上网电价政策的通知》（发改价格〔2019〕882号），2018年底之前核准的陆上风电项目2020年底前仍未完成并网的，以及2019～2020年核准的陆上风电2021年底前未并网的，国家不再补贴，且2021年1月1日开始，新核准的陆上风电项目全面实现平价上网，国家不再补贴。根据初步梳理项目建设情况，我国2020年风电并网需求将超过1亿千瓦，而电网企业可接入的新增风电装机在2000～3000万千瓦之间，若按各省最大并网需求开展测算，预计风电利用率不能达到《清洁能源消纳行动计划（2018-2020年）》中要求的弃风率控制在合理水平（力争控制在5%左右）的目标，须有序安排新能源装机，以实现利用率95%的要求。二是随着新能源装机规模不断增长，部分地区省间和省内消纳仍存在困难。部分地区新能源装机规模远超当地消纳能力，以西北地区为例，新疆、甘肃的新能源装机已超过自身最大负荷的1.5倍，且新疆、甘肃风电利用率以及新疆光伏利用率均低于95%。此外，“三北”地区和西南地区富余装机规模超过4亿千瓦，但跨区通道能力仅为7800万千瓦，随着特高压直流配套电源的陆续投运，新能源外送通道空间将进一步萎缩。
结语
新能源自身的特性给新能源的并网外送带来非常巨大的困难，想要提高对新能源的利用效率就必须解决掉这些困难，这样才能够使得电网能够更好的消化掉新能源产生的电能，想要达成这个目标，除了政府之外，还需要社会各界人士的共同努力。
参考文献：
[1]高超，郭强，周勤勇，等.“十三五”电力规划中新能源大规模外送的安全稳定问题[J].中国电力，2017，50（1）：37-42.
[2]田丰.亚欧洲际输电送端地区能源电力外送意愿研究[J].电网技术，2015，39（8）：2076-2081.
[3]伍栋文，于艾清.大规模多源联合外送协调调度中基于核仁理论的利润分配[J].电网技术，2016，40（10）：2975-2981.