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隨著世界各國(guó)對(duì)于節(jié)能減排、能源安全和能源獲取等方面的需求日漸提高，可再生能源已成為全球各大電網(wǎng)中越來(lái)越重要的組成部分。常見(jiàn)可再生能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、水利能等多種形式。其中太陽(yáng)能和風(fēng)能具有顯然不可控因素，也被稱(chēng)為間歇式新能源。作為世界第一大能源生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，中國(guó)肩負(fù)重要的節(jié)能減排重任，并積極推進(jìn)新能源建設(shè)。截至2019年底我國(guó)可再生能源累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到7.9億千瓦，其中水電3.56億千瓦、風(fēng)電2.1億千瓦、光伏發(fā)電2.04億千瓦、生物質(zhì)發(fā)電2254萬(wàn)千瓦，以上指標(biāo)均居世界第一。西藏地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富。近年來(lái)西藏電網(wǎng)陸續(xù)投入運(yùn)行了大量光伏電站。太陽(yáng)能光伏發(fā)電在西藏電網(wǎng)中占比迅速增加，一方面能夠調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)清潔能源開(kāi)發(fā)，提高能源利用效率；另一方面新能源的間歇性給電網(wǎng)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

1 西藏電網(wǎng)光伏發(fā)電接入現(xiàn)狀及光伏發(fā)電特點(diǎn)

西藏的電力工業(yè)始于上世紀(jì)20年代，西藏噶廈政府從英國(guó)引入設(shè)備和技術(shù)建設(shè)了北郊奪底電站，于1946年停止發(fā)電。1959年西藏實(shí)行民主改革后電力事業(yè)也取得了巨大發(fā)展，20世紀(jì)后半葉拉薩西郊電廠、山南沃卡電廠、日喀則塘河電廠等各大電廠相繼建成，21世紀(jì)初昌都金河水電站、拉薩直孔水電站和藏木水電站等一批骨干電站相繼建成投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了西藏電力從無(wú)到有、從少到多，從單一能源到以水電為主，太陽(yáng)能、火電、風(fēng)能、地?zé)崮芏嗄芑パa(bǔ)的綜合能源體系。預(yù)計(jì)2021年阿里與藏中電力聯(lián)網(wǎng)工程將建成投運(yùn)，西藏統(tǒng)一電網(wǎng)將建成，主電網(wǎng)將覆蓋全區(qū)74個(gè)縣，電力安全可靠供應(yīng)水平將得到極大提升[1]。

西藏年日照時(shí)間平均在3000～3400小時(shí)，大多數(shù)地區(qū)日照較多，年太陽(yáng)總輻射量在6000MJ/m2以上，其中阿里地區(qū)大部、日喀則地區(qū)大部、山南地區(qū)西南部年太陽(yáng)總輻射量超過(guò)8000MJ/m2,是全國(guó)太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)。近年西藏電網(wǎng)陸續(xù)投運(yùn)了大量光伏電站，其中絕大部分都接入了藏中電網(wǎng)。從圖1中可見(jiàn)近年來(lái)西藏光伏總裝機(jī)容量增加約12.8倍[2],尤其是2017年容量從33萬(wàn)千瓦增長(zhǎng)到80萬(wàn)千瓦，增長(zhǎng)一倍以上。截至2019年底西藏電力總裝機(jī)容量達(dá)到342萬(wàn)千瓦，其中光伏裝機(jī)占比32.2%,水電占比約50%,火電機(jī)組和風(fēng)能、地?zé)釞C(jī)組占比很小，合計(jì)新能源占比高達(dá)82.2%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)全國(guó)平均水平。隨著藏中聯(lián)網(wǎng)、阿里聯(lián)網(wǎng)、中尼聯(lián)網(wǎng)等工程的逐步建成，未來(lái)將有更多的光伏電站投入運(yùn)行。大規(guī)模間歇性光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

目前電網(wǎng)中最主要的能量來(lái)源仍然是火力發(fā)電廠?；鹆Πl(fā)電是一種集中式、穩(wěn)定、可獨(dú)立向電網(wǎng)系統(tǒng)供電的可靠能源。通過(guò)建立電網(wǎng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定并網(wǎng)電能的特征，可有效建立穩(wěn)定、安全和可靠的輸電網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)火力發(fā)電廠相比，大規(guī)模光伏發(fā)電與風(fēng)能發(fā)電、潮汐能發(fā)電等新能源具有的獨(dú)特特征會(huì)都會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響。這些特征主要包括部分不可預(yù)測(cè)、變化不可控、地理位置受限等[2,3]。部分不可預(yù)測(cè)意味著雖可從大尺度上估計(jì)該能源的變化規(guī)律，但無(wú)法從前一個(gè)小時(shí)或前一天的數(shù)據(jù)上預(yù)測(cè)間歇性可再生能源下一時(shí)刻的產(chǎn)能。變化不可控是指電網(wǎng)和發(fā)電廠即使可預(yù)測(cè)新能源的產(chǎn)能，但不能通過(guò)自己的技術(shù)能力對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行調(diào)整。地理位置受限說(shuō)明不能自主安排新能源電廠的位置，以平衡電網(wǎng)中各能源占比。因此當(dāng)大規(guī)模間歇性新能源接入，電網(wǎng)無(wú)法對(duì)當(dāng)前負(fù)載與生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)先安排管理，也不能更換新能源發(fā)電的接入位置，僅能在傳輸系統(tǒng)中處理幾秒鐘至幾分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)的頻率和電壓波動(dòng)。電網(wǎng)控制將變得非常復(fù)雜，系統(tǒng)變得更加脆弱，這將嚴(yán)重影響電網(wǎng)的可預(yù)測(cè)性和可控性。

目前雖然西藏電網(wǎng)已經(jīng)取得長(zhǎng)足發(fā)展，但是仍然必需面對(duì)巨大困難，例如常規(guī)能源匱乏、間歇性可再生能源占比過(guò)高、系統(tǒng)總裝機(jī)容量低、電源距離負(fù)載較遠(yuǎn)等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[4]。當(dāng)大規(guī)模間歇性光伏新能源接入西藏電網(wǎng)將直接影響西藏電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2 大規(guī)模間歇性光伏新能源接入對(duì)西藏電網(wǎng)的影響

對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響。常規(guī)配電網(wǎng)從發(fā)電廠到負(fù)載端呈輻射狀，電壓沿饋線方向逐漸降低。電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)在正常運(yùn)行和遇到干擾時(shí)能夠維持電壓水平的能力決定了整個(gè)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。通常電壓不穩(wěn)定是由于局部節(jié)點(diǎn)發(fā)生擾動(dòng)造成的，但是當(dāng)局部節(jié)點(diǎn)發(fā)生過(guò)大干擾則有可能導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)電壓崩潰。當(dāng)將大規(guī)模的光伏系統(tǒng)引入電網(wǎng)時(shí)，其間歇性和隨機(jī)性成為電網(wǎng)中電壓最不穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)陽(yáng)光充足時(shí)光伏系統(tǒng)可顯著抬高電網(wǎng)電壓，有利于防止電壓跌落；一旦云層遮擋光伏發(fā)電系統(tǒng)可能出現(xiàn)短時(shí)間出力迅速下跌，進(jìn)而造成電網(wǎng)電壓下降或閃變。尤其在西藏電網(wǎng)中，光伏發(fā)電占比巨大，總裝機(jī)容量低，光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性影響尤為突出。

對(duì)頻率穩(wěn)定性的影響。通常電網(wǎng)供電頻率穩(wěn)定性問(wèn)題與系統(tǒng)組件的響應(yīng)不足、發(fā)電儲(chǔ)備不足或控制和保護(hù)設(shè)備的協(xié)調(diào)不良有關(guān)，電網(wǎng)供電頻率發(fā)生明顯變化將導(dǎo)致發(fā)電與負(fù)載之間不匹配。在常規(guī)能源中，當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，可根據(jù)負(fù)載和發(fā)電廠輸出間的平衡調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、從而調(diào)節(jié)頻率。光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電原理與火力發(fā)電完全不同，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，即無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速響應(yīng)電網(wǎng)頻率控制。大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)接入會(huì)對(duì)電網(wǎng)頻率造成影響，但目前該方面研究還需進(jìn)一步深入[5]。

諧波影響。目前電網(wǎng)和光伏系統(tǒng)中大量使用電子器件。當(dāng)大規(guī)模間歇性能源接入電網(wǎng)時(shí)，會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)中開(kāi)關(guān)器件頻繁通斷，形成開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波分量，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、電流波形產(chǎn)生畸變，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)中電子器件、控制器、變壓器、用戶(hù)等造成不利影響。目前研究表明，在間歇式可再生能源接入位置不變的情況下，其出力占總負(fù)荷比例越高造成電網(wǎng)電壓總諧波畸變率越大[6]。在西藏電網(wǎng)光伏發(fā)電占比非常大，因此其接入電網(wǎng)造成的諧波影響也非常大。

對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響。常規(guī)放射型配電網(wǎng)中潮流模式單一，不存在轉(zhuǎn)移電流。在已建成的電網(wǎng)中存在大量繼電保護(hù)裝置，這些裝置通常只考慮了單一方向潮流。但由于太陽(yáng)能系統(tǒng)受地理位置限制通常在電網(wǎng)邊緣接入，造成系統(tǒng)潮流流向發(fā)生大幅度變化，進(jìn)而造成繼電保護(hù)裝置的錯(cuò)誤動(dòng)作，如差動(dòng)保護(hù)靈敏度降低、距離保護(hù)失靈、重合閘重合失敗等，如更換原有配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置則需大量成本。西藏電網(wǎng)中光伏系統(tǒng)自2010年后才迅速增加，對(duì)原有繼電保護(hù)裝置影響巨大。

3 應(yīng)對(duì)措施分析

提高光伏系統(tǒng)出力預(yù)測(cè)能力。光伏發(fā)電的間歇性強(qiáng)是所有問(wèn)題最大的根源。提高光伏出力預(yù)測(cè)能力可提高西藏電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)統(tǒng)籌安排多能源協(xié)調(diào)配合的能力。完善光伏電廠廠區(qū)氣象預(yù)報(bào)體系，包括輻照強(qiáng)度、溫度、濕度、云層等參數(shù)，建立實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)記錄，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)與光伏系統(tǒng)出力變化建立更為細(xì)致的氣相預(yù)測(cè)模型，提高系統(tǒng)預(yù)測(cè)能力，是解決以上問(wèn)題的有效措施；提高電網(wǎng)總?cè)萘亢驼{(diào)峰調(diào)頻能力。根據(jù)西藏地區(qū)能源稟賦，進(jìn)一步提高西藏電網(wǎng)中水電站裝機(jī)容量，提高西藏電網(wǎng)總?cè)萘?。?jù)預(yù)計(jì)到2025年西藏電源裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1142萬(wàn)千瓦。應(yīng)在發(fā)展光伏發(fā)電的同時(shí)提高水電占比，可有效提高電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻能力。此外，大力推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，降低太陽(yáng)能間歇性對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響。

改善電網(wǎng)抗諧波能力。進(jìn)一步提高對(duì)并網(wǎng)光伏電源的監(jiān)管能力，嚴(yán)格規(guī)范入網(wǎng)電源的技術(shù)參數(shù)，掌握電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)諧波污染情況，清理不符合入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電廠。對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改造，可采用多電平逆變器、脈寬調(diào)制型逆變器、增加換流裝置的脈沖數(shù)、采用有源或無(wú)源濾波裝置抑制諧波。此外在設(shè)計(jì)新增電網(wǎng)時(shí)應(yīng)考慮到大規(guī)模間歇性能源接入對(duì)于電網(wǎng)的諧波影響；改進(jìn)電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置性能。定期檢查光伏發(fā)電接入電網(wǎng)對(duì)相關(guān)繼電保護(hù)裝置的影響，及時(shí)更換故障設(shè)備。為保障光伏能源接入，在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)串聯(lián)電抗器，加強(qiáng)原有繼電保護(hù)。進(jìn)一步研發(fā)和部署智能分布式配電保護(hù)及自愈控制技術(shù)，包括電流電壓互感器、智能終端、無(wú)線通訊等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的自動(dòng)識(shí)別、故障定位隔離等新型自動(dòng)控制技術(shù)，減少大規(guī)模間歇性廣發(fā)發(fā)電接入對(duì)西藏電網(wǎng)的影響。 

原標(biāo)題：大規(guī)模間歇性光伏新能源接入對(duì)西藏電網(wǎng)的影響研究