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隨著世界各國對于節(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)中越來越重要的組成部分。常見可再生能源包括太陽能、風能、生物質(zhì)能、水利能等多種形式。其中太陽能和風能具有顯然不可控因素，也被稱為間歇式新能源。作為世界第一大能源生產(chǎn)和消費國，中國肩負重要的節(jié)能減排重任，并積極推進新能源建設(shè)。截至2019年底我國可再生能源累計并網(wǎng)裝機容量達到7.9億千瓦，其中水電3.56億千瓦、風電2.1億千瓦、光伏發(fā)電2.04億千瓦、生物質(zhì)發(fā)電2254萬千瓦，以上指標均居世界第一。西藏地區(qū)太陽能資源豐富。近年來西藏電網(wǎng)陸續(xù)投入運行了大量光伏電站。太陽能光伏發(fā)電在西藏電網(wǎng)中占比迅速增加，一方面能夠調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，促進清潔能源開發(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

西藏的電力工業(yè)始于上世紀20年代，西藏噶廈政府從英國引入設(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年西藏實行民主改革后電力事業(yè)也取得了巨大發(fā)展，20世紀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，實現(xiàn)了西藏電力從無到有、從少到多，從單一能源到以水電為主，太陽能、火電、風能、地熱能多能互補的綜合能源體系。預計2021年阿里與藏中電力聯(lián)網(wǎng)工程將建成投運，西藏統(tǒng)一電網(wǎng)將建成，主電網(wǎng)將覆蓋全區(qū)74個縣，電力安全可靠供應(yīng)水平將得到極大提升[1]。

西藏年日照時間平均在3000～3400小時，大多數(shù)地區(qū)日照較多，年太陽總輻射量在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)西南部年太陽總輻射量超過8000MJ/m2,是全國太陽能資源最豐富的地區(qū)。近年西藏電網(wǎng)陸續(xù)投運了大量光伏電站，其中絕大部分都接入了藏中電網(wǎng)。從圖1中可見近年來西藏光伏總裝機容量增加約12.8倍[2],尤其是2017年容量從33萬千瓦增長到80萬千瓦，增長一倍以上。截至2019年底西藏電力總裝機容量達到342萬千瓦，其中光伏裝機占比32.2%,水電占比約50%,火電機組和風能、地熱機組占比很小，合計新能源占比高達82.2%,遠遠超過全國平均水平。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，未來將有更多的光伏電站投入運行。大規(guī)模間歇性光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)運行帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。

目前電網(wǎng)中最主要的能量來源仍然是火力發(fā)電廠?；鹆Πl(fā)電是一種集中式、穩(wěn)定、可獨立向電網(wǎng)系統(tǒng)供電的可靠能源。通過建立電網(wǎng)規(guī)范和標準規(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)電與風能發(fā)電、潮汐能發(fā)電等新能源具有的獨特特征會都會對電網(wǎng)造成影響。這些特征主要包括部分不可預測、變化不可控、地理位置受限等[2,3]。部分不可預測意味著雖可從大尺度上估計該能源的變化規(guī)律，但無法從前一個小時或前一天的數(shù)據(jù)上預測間歇性可再生能源下一時刻的產(chǎn)能。變化不可控是指電網(wǎng)和發(fā)電廠即使可預測新能源的產(chǎn)能，但不能通過自己的技術(shù)能力對產(chǎn)能進行調(diào)整。地理位置受限說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。因此當大規(guī)模間歇性新能源接入，電網(wǎng)無法對當前負載與生產(chǎn)進行預先安排管理，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間范圍內(nèi)的頻率和電壓波動。電網(wǎng)控制將變得非常復雜，系統(tǒng)變得更加脆弱，這將嚴重影響電網(wǎng)的可預測性和可控性。

目前雖然西藏電網(wǎng)已經(jīng)取得長足發(fā)展，但是仍然必需面對巨大困難，例如常規(guī)能源匱乏、間歇性可再生能源占比過高、系統(tǒng)總裝機容量低、電源距離負載較遠等現(xiàn)實問題[4]。當大規(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西藏電網(wǎng)的影響

對電壓穩(wěn)定性的影響。常規(guī)配電網(wǎng)從發(fā)電廠到負載端呈輻射狀，電壓沿饋線方向逐漸降低。電網(wǎng)中所有節(jié)點在正常運行和遇到干擾時能夠維持電壓水平的能力決定了整個電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。通常電壓不穩(wěn)定是由于局部節(jié)點發(fā)生擾動造成的，但是當局部節(jié)點發(fā)生過大干擾則有可能導致整個電網(wǎng)電壓崩潰。當將大規(guī)模的光伏系統(tǒng)引入電網(wǎng)時，其間歇性和隨機性成為電網(wǎng)中電壓最不穩(wěn)定的節(jié)點。當陽光充足時光伏系統(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)短時間出力迅速下跌，進而造成電網(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，總裝機容量低，光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性影響尤為突出。

對頻率穩(wěn)定性的影響。通常電網(wǎng)供電頻率穩(wěn)定性問題與系統(tǒng)組件的響應(yīng)不足、發(fā)電儲備不足或控制和保護設(shè)備的協(xié)調(diào)不良有關(guān)，電網(wǎng)供電頻率發(fā)生明顯變化將導致發(fā)電與負載之間不匹配。在常規(guī)能源中，當電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，可根據(jù)負載和發(fā)電廠輸出間的平衡調(diào)節(jié)汽輪機轉(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，沒有轉(zhuǎn)動部件，即無法通過調(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)接入會對電網(wǎng)頻率造成影響，但目前該方面研究還需進一步深入[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。當大規(guī)模間歇性能源接入電網(wǎng)時，會因為系統(tǒng)中開關(guān)器件頻繁通斷，形成開關(guān)頻率附近的諧波分量，導致電網(wǎng)電壓、電流波形產(chǎn)生畸變，進而對系統(tǒng)中電子器件、控制器、變壓器、用戶等造成不利影響。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。

對繼電保護裝置的影響。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裝置，這些裝置通常只考慮了單一方向潮流。但由于太陽能系統(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，進而造成繼電保護裝置的錯誤動作，如差動保護靈敏度降低、距離保護失靈、重合閘重合失敗等，如更換原有配電網(wǎng)繼電保護裝置則需大量成本。西藏電網(wǎng)中光伏系統(tǒng)自2010年后才迅速增加，對原有繼電保護裝置影響巨大。

3 應(yīng)對措施分析

提高光伏系統(tǒng)出力預測能力。光伏發(fā)電的間歇性強是所有問題最大的根源。提高光伏出力預測能力可提高西藏電網(wǎng)調(diào)度部門統(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)氣象預報體系，包括輻照強度、溫度、濕度、云層等參數(shù)，建立實時氣象數(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致的氣相預測模型，提高系統(tǒng)預測能力，是解決以上問題的有效措施；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，進一步提高西藏電網(wǎng)中水電站裝機容量，提高西藏電網(wǎng)總?cè)萘?。?jù)預計到2025年西藏電源裝機規(guī)模達到1142萬千瓦。應(yīng)在發(fā)展光伏發(fā)電的同時提高水電占比，可有效提高電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻能力。此外，大力推進儲能技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，降低太陽能間歇性對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響。

改善電網(wǎng)抗諧波能力。進一步提高對并網(wǎng)光伏電源的監(jiān)管能力，嚴格規(guī)范入網(wǎng)電源的技術(shù)參數(shù)，掌握電網(wǎng)各節(jié)點諧波污染情況，清理不符合入網(wǎng)標準的發(fā)電廠。對現(xiàn)有設(shè)備進行適當改造，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)、采用有源或無源濾波裝置抑制諧波。此外在設(shè)計新增電網(wǎng)時應(yīng)考慮到大規(guī)模間歇性能源接入對于電網(wǎng)的諧波影響；改進電網(wǎng)繼電保護裝置性能。定期檢查光伏發(fā)電接入電網(wǎng)對相關(guān)繼電保護裝置的影響，及時更換故障設(shè)備。為保障光伏能源接入，在電網(wǎng)正常運行時串聯(lián)電抗器，加強原有繼電保護。進一步研發(fā)和部署智能分布式配電保護及自愈控制技術(shù)，包括電流電壓互感器、智能終端、無線通訊等技術(shù)，實現(xiàn)對故障信息的自動識別、故障定位隔離等新型自動控制技術(shù)，減少大規(guī)模間歇性廣發(fā)發(fā)電接入對西藏電網(wǎng)的影響。 

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