【正文】 。2021 年華北電網(wǎng)將在前期工作的基礎(chǔ)上，深度體會國網(wǎng)公司建設(shè)中國特色智能電網(wǎng)的概念、理論，結(jié)合華北特 色大力建設(shè)智能電網(wǎng)，制定智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施方案，繼續(xù)推進(jìn)智能電網(wǎng)的研究和建設(shè)。隨后國家電網(wǎng)公司將智能電網(wǎng)技術(shù)作為 2021 年科技重點(diǎn)工作領(lǐng)域之一，研究方向的確定和研究框架項(xiàng)目的實(shí)施，將會使智能電網(wǎng)脫離概念炒作階段，正式進(jìn)入規(guī)劃建設(shè)階段。并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電場可以得到大電網(wǎng)的補(bǔ)償和支撐 有利于更加充分地開發(fā)可利用的風(fēng)力資源，是國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的主要 發(fā)展方向， 在日益開放的電力市場環(huán)境下，風(fēng)力發(fā)電的成本也將不斷降低，如果考慮到環(huán)境效益等因素，則風(fēng)力發(fā)電在經(jīng)濟(jì)上也具有很大的吸引力。常規(guī)的石化能源是有限的，而風(fēng)能幾乎是取之不盡，用之不竭。（ 4）占地面積小，對土地質(zhì)量要求低。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會 2021 年統(tǒng)計 [8]，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單位 kW 的造價已經(jīng)降到 900 歐元，單位發(fā)電成本為 3～ 5 歐分/kWh。（ 2）不穩(wěn)定性。尺寸比相應(yīng)的水輪機(jī)大幾十倍，限制了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量和風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)模。圖 是世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康陌l(fā)展趨勢圖，可以看出，風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘吭?1999 年后上升很快，總裝機(jī)容量每年都在 20%以上的速度增長， 2021 年年底 達(dá)到 。 2021年，歐洲風(fēng)力發(fā)電已占總發(fā)電量的 2%。據(jù)國家氣象局勘測，全國風(fēng)能資源總儲量為 億 kW，僅次于美國和俄羅斯，居世界第三位。近年來，風(fēng)機(jī)制造的國產(chǎn)化率越來越高，600kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的國產(chǎn)化發(fā)電場的發(fā)電成本大約是 元 /kWh。 . 并網(wǎng)型光伏發(fā)電 并 網(wǎng)型光伏發(fā)電特點(diǎn) 光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池板、控制器和電能儲存及變換環(huán)節(jié)構(gòu)成的發(fā)電與 電能變換系統(tǒng)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是不與常規(guī)電力系統(tǒng)相連而孤立運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)，通常建設(shè)在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)或作為野外移動式便攜電源，其建設(shè)的主要目的是解決無電問題。（ 2）光伏電池可以始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，由大電網(wǎng)來接納光伏發(fā)電所發(fā)的全部電能，提高了光伏發(fā)電的效率?？刂破饕话阌蓡纹瑱C(jī)或數(shù)字信號處理芯片作為核心器件構(gòu)成，用以實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤及控制逆變器并網(wǎng)電流的頻率、波形和功率，使向電網(wǎng)轉(zhuǎn)送的功率與光伏陣列所發(fā)的最大功率電能平衡。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換效率要大大高于獨(dú)立系統(tǒng)，成為光伏發(fā)電的 最合理發(fā)展方向?？煽啃愿撸m合無人值守。 (4)兼容性好。但光伏發(fā)電能量分散，占地面積大，間歇 性大，地域性強(qiáng)。 歐洲占世界總產(chǎn)量 28%。到 2021 年年末，全球累計安裝太陽電池組件容量比前一年增長了 39%，達(dá)到了 5GW。美國在 2021 年 9 月發(fā)表了 “ 我們太陽電力的未來： 2030 年及更久遠(yuǎn)的美國光伏工業(yè)路線圖 ” ，提出美國在 2025 年新增加發(fā)電容量的一半由光伏發(fā)電提供。據(jù)國際能源協(xié)會下屬光伏電力系統(tǒng)項(xiàng)目研究小組在 2021 年發(fā)布的報告“光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)的趨 計勢”中統(tǒng)計： 2021 年中國光伏發(fā)電設(shè)備的年銷售量為 15MW，光伏系統(tǒng)的總裝機(jī)容量達(dá)85MW。目前，我國正在繼續(xù)培育國內(nèi)的光伏市場，加大城市屋頂和沙漠并網(wǎng)電站的研發(fā)和示范投入等；同時注意人才培養(yǎng)，抓緊技術(shù)平臺和隊(duì)伍的建設(shè)，積極研發(fā)新型電池生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)，努力降低成本，并從稅收、信貸等方面扶植光伏產(chǎn)業(yè)。綜上可知，我國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景是輝煌的。由于風(fēng)力發(fā)電場和光伏發(fā)電所在地區(qū)往往人口稀少，處于供電網(wǎng)絡(luò)的末端，承受沖擊的能力較弱，隨著風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大其特性對電網(wǎng)的影響也愈加顯著，成為制約 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電容量和規(guī)模的嚴(yán)重障礙，研究風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對系統(tǒng)造成的影響具有重要意義。IEC6410021 給出了并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電能質(zhì)量測量和評估的標(biāo)準(zhǔn)，為風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量的測量和評估提供了一個統(tǒng)一的方法，其內(nèi)容包括：風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)機(jī)組電能質(zhì)量特征參數(shù)的定義和說明，電能質(zhì)量參數(shù)的測量過程，這些參數(shù)是否能滿足電網(wǎng)要求的評估方法。一般認(rèn)為，只要孤島電網(wǎng)不是為了提高供電可靠性故意配置的，都應(yīng)當(dāng)避免。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電形成孤島電網(wǎng)后，如果 重合閘非同期重合，會造成過電壓，并且形成很大的沖擊電流，影響設(shè)備安全和正常運(yùn)行，導(dǎo)致保護(hù)誤動作 [35]。孤島檢測方法一般可分為兩類：無源檢測方法和有源檢測方法。（ 2）風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電與配電網(wǎng)的繼電保護(hù)配合不好，可能使繼電保護(hù)誤動作，反而使可靠性降低。（ 3）特殊設(shè)計的 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電可使它在大電力輸配電系統(tǒng)發(fā)生故障時仍能保持運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)引起的穩(wěn)定問題主要是電壓穩(wěn)定問題，其對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響主要包括以下幾個方面：（ 1）普通的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組無功補(bǔ)償方式為電容器補(bǔ)償，補(bǔ)償量與接入點(diǎn)的電壓的平方成正 比，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平降低很多時，無功補(bǔ)償量下降很多，而風(fēng)力發(fā)電場對電網(wǎng)的無功需求反而上升，進(jìn)一步惡化電壓水平，嚴(yán)重時會造成電壓崩潰，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組被迫停機(jī)。（ 5）風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā) 電出力過高有可能降低電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定裕度，容易導(dǎo)致電壓崩潰。由于已有的方法大都采用確定性的分析方法，因此無法考慮風(fēng)力和光伏發(fā)電量的波動性和隨機(jī)性。風(fēng)力發(fā)電穿透功率極限是指在滿足一定技術(shù)指標(biāo)的前提下接入系統(tǒng)的最大風(fēng)力發(fā)電場裝機(jī)容量與系統(tǒng)最大負(fù)荷的百分比。如：當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電運(yùn)行時，與配電系統(tǒng)相連的配電變壓器和電纜線路常常因負(fù)荷小而輕載，導(dǎo)致配電系統(tǒng)部分 設(shè)備成為相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的備用設(shè)備，從而使配電網(wǎng)的成本增加，供電局的效益下降。文獻(xiàn) [42]提出的兩種網(wǎng)損分配方案：臨界損耗系數(shù)法和直接損耗系數(shù)法，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)置換法的不足。 圖 本線故障時風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電對保護(hù)的影響 其中， Z s 為電網(wǎng)的阻抗（ pu） Z l 為線路阻 抗，（ pu） Z d 為變壓器阻抗（ pu）。尤其在線路的某些位置，速斷保護(hù)根本無法啟動，形成速斷保護(hù)死區(qū)，使線路故障不 能及時切除。分析保護(hù) K 檢測到的故障電流曲線，發(fā)現(xiàn)如果故障發(fā)生在距離母線 較近的 部 分，由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的作用，保護(hù) K 檢測到的故障電流值將大于其整定值，而引起誤動作，使風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電所接線路發(fā)生無故障跳閘。在輻射式配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，重合閘在迅速恢復(fù)瞬時 性故障線路供電時，不會對配電系統(tǒng)產(chǎn)生任何沖擊和破壞。另一方面，風(fēng)力由于其能量密度相對較高，現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量已達(dá)兆瓦級。風(fēng)力發(fā)電是一個包含多個學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)：槳葉的制造基于 空氣動力學(xué)；傳動系統(tǒng)和塔架的建設(shè)涉及到機(jī)械理論和結(jié)構(gòu)學(xué)；發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換；控制和保護(hù)系統(tǒng)則廣泛涉及控制原理與電氣相關(guān)方面知識。風(fēng)力發(fā)電流程是：自然風(fēng)吹轉(zhuǎn)葉輪，帶動輪轂轉(zhuǎn)動，將風(fēng)能 轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后通過傳動結(jié)構(gòu)將機(jī)械能送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)由機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，最后風(fēng)力發(fā)電場將電能通過區(qū)域變電站注入電網(wǎng)。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示，自然風(fēng)吹動風(fēng)力機(jī)，經(jīng)齒輪箱升速后驅(qū)動異步發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。在這種結(jié)構(gòu)中，風(fēng)輪機(jī)直接跟發(fā)電機(jī)相連，不需要齒輪箱，發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化，若通過交－直－交或者交－交變頻器與電網(wǎng)相聯(lián)，在電網(wǎng)側(cè)得到頻率恒定的電壓。雙饋電機(jī)的控制方式有兩種：（ 1）速度控制方式：在電機(jī)輸出有功功率和無功功率可變的情況下，以電機(jī)轉(zhuǎn)速為控制對象調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電壓的幅值和相位使電機(jī)轉(zhuǎn)速 等于給定值，該方式可以最大限度的利用風(fēng)能；（ 2）功率控制方式：在電機(jī)轉(zhuǎn)速可變的情況下，以電機(jī)輸出的有功功率和無功功率為控制對象，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電壓的幅值和相位使得電機(jī)的輸出有功和無功功率符合一定要求，該方式以改善電網(wǎng)功率因數(shù)和穩(wěn)定電網(wǎng)電壓為目的。 圖 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原 理圖 風(fēng)速變化時，系統(tǒng)的工作情況如下：當(dāng)風(fēng)速降低（增高）時，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速降低（增高），異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也降低（增高），轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速降低（高）于異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率 f 將低（高）于 f 1 ，此時測量裝置將轉(zhuǎn)速降低 (增高 )的信息反饋到控制轉(zhuǎn)子電流頻率的電路，使轉(zhuǎn)子電流的頻率增高（降低），即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又回升（降低）到同步轉(zhuǎn)速，這樣定子繞組感應(yīng)電勢的頻率又恢復(fù)到額定頻率 f 1 。對風(fēng)速的大量實(shí)測數(shù)據(jù)表明，特別大的颶風(fēng)發(fā)生概率非常小，一年當(dāng)中的大部分時間中風(fēng)速都是比較平緩的，風(fēng)速在 0～ 25m/s 之間發(fā)生的概率很高。如果威布爾分布的形狀系數(shù) k = 2 ，則又稱為 Rayleigh 分布，很多地區(qū)的風(fēng)速分布都可以采用 Rayleigh 分布來近似表示。采用光伏電池發(fā)電具有不消耗燃料、不受地域限制、規(guī)模靈活、無污染、安全、可靠、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。本文的光伏發(fā)電的輸出功率由下列公式給出： P = ηmod AI tiltη wrη pc η mod = f m [1 ? β (Tcell ? 28) ]η sd Tcell = I tilt + Ten I tilt = I horizontal R 其中， P 為輸出功率， η mod 為該小時環(huán)境溫度下的模塊效率，A 為光照總表面積， η 為 配線效率系， η pc 為功率調(diào)節(jié)系 統(tǒng)的效率， I tilt 為傾斜面的光照， I horizontal 為水 平 面的光照， R 為 I horizontal 到 I tilt 的折算系數(shù)， η sd 為模塊的標(biāo)準(zhǔn)效率， f m 為匹配系數(shù)， β 為效率改變的溫度系數(shù)， Tcell 為光伏電池的溫度， Ten 為環(huán)境溫度。平均的白天輸出的小時數(shù)是基于時間軸的，分為晴 天，陰天，雨天三種情況。 1）缺電時間期望（ LOLE）（天 /年），定義為給定時間區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)不能滿足負(fù)荷需求的小時數(shù)或天數(shù)的期望值。 EENS = ∑ Ci Pii ∈ S 式中， Pi 為系統(tǒng)處于 狀態(tài) i 的概率， Ci 為狀態(tài) i 下的負(fù)荷損失， S 為給定時間段內(nèi)造成系統(tǒng)負(fù)荷損失的狀態(tài)全集。 評估指標(biāo)可靠性計算 發(fā)電系統(tǒng)是整個電力系統(tǒng)的一個組成部分，其可靠性分析模型，一般只包括 發(fā)電設(shè)備和負(fù)荷模型。（ 2）負(fù)荷變化的模型。 （ 1）累計負(fù)荷概率分布。 （ 3）確切負(fù)荷模型。對過去幾年的用電負(fù)荷的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行概 率統(tǒng)計，回歸分析，得到一年中每一小時的用電負(fù)荷。一個發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)可以用兩狀態(tài)模型來表示，這是一個簡化的模型，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，還可能有另外的狀態(tài)，比如必須停運(yùn)狀態(tài)。發(fā)電機(jī)組不提供任何的電量給系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，容量概率模型有兩種表達(dá)形式：一種是可用或有效容量概率模型；另一種是停運(yùn)容量概率模型。 i = P(C ≥ Ci )P 是矢量 P 的第 i 個元素， m 為發(fā)電機(jī)組總的狀態(tài)數(shù)。 其中， M WIND k ,i 是 M WIND k 的第 i 個元素， CWINDi 是 CWIND 的第 i 個元素， PRWIND 是 C 風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)的額定功率。 LCV 為常規(guī)機(jī)組燃煤的低位熱值（ KJ/Kg）。提出了基于蒙特卡羅仿真的風(fēng)力發(fā)電發(fā)電容量可信度的評估方法。 4 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓分布的技術(shù)研究 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置在饋線以外對電壓水平的影響 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在配電網(wǎng)絡(luò)中有不同的放置地點(diǎn)，相應(yīng)地對原有配電網(wǎng)絡(luò)的影響也不同首先討論風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電 放置在不同的設(shè)備處對電壓的影響。由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的注入功率使得從主變壓器引入的功率減少，而分接頭是根據(jù)不考慮風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電功率引入情況下確定的調(diào)壓策略調(diào)整，分接頭向上調(diào)整不夠，使降壓變壓器的副邊電壓過低，繼而用戶側(cè)的電壓水平越限。從圖 很明顯地看到了這個現(xiàn)象。這意味著一個用戶的光伏發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電將影響其他的用戶的電壓水平。在考慮準(zhǔn)入容量的前提下，我們通過以下算例來分析。反映出，適當(dāng)?shù)娘L(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電能夠?qū)︷伨€的電壓起支持作用，能夠幫助實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。這個結(jié)論可以通過 ΔU ≈ ( PR + QX ) / U j 來解釋，線路的 R / X ≈ 1/ 2 ，而且主變壓器的電阻被忽略，電抗為 。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置變化試驗(yàn) 通過算例可知風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入的位置對于配電網(wǎng)的電壓分布有很大的影響。也就是說風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電越接近母線也就是離變電站的距離越近，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電允許注入饋線的功率就越大。分析了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置在饋線以外各種情況對電壓水平的影響，重點(diǎn)研究了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位于饋線上的不同節(jié)點(diǎn)對電壓水平的影響。 5. 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電準(zhǔn)入功率計算技術(shù)研究 準(zhǔn)入功率的計算方法 準(zhǔn)入功率是指允許的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入電網(wǎng)的功率量，前提是必須保證風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入系統(tǒng)以后，系統(tǒng)仍然能安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定地運(yùn)行。隨著風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量的增加，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電對系統(tǒng)的影響就會越來越顯著，不僅影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還會帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失?？紤]的是電力系統(tǒng)靜態(tài)安全約束前提下求解風(fēng)力發(fā)電準(zhǔn)入功率，提出了一種基于內(nèi)點(diǎn)法求解該問題的新方法，可見其計算方法也是優(yōu)