【正文】 網(wǎng)電能質(zhì)量問題的文獻還有很多，但電能質(zhì)量問題不是限制風(fēng)力發(fā)電接入電力系統(tǒng)的全局性關(guān)鍵問題，而且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展該問題已經(jīng)逐步得到較好解決。 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)主要問題和研究現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電功率輸出波動很大，不確定性程度高，難以調(diào)節(jié)。光伏發(fā)電將在中國未來的電力供應(yīng)中扮演重要的角色，預(yù)計到 2021 年中國的光伏發(fā)電累計裝機容量將達到 600MW， 2020 年累計裝機容量將達到 30GW， 2050 年將達到 100GW。日本新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織在 2021 年 6 月發(fā)表的 “ 面向 2030 年光伏路線圖的概述 ” 中提出：到 2030 年累計安裝太陽電池組件容量要達到 1000GW，屆時日本所有住宅所消費的電力中將有 50%由光伏發(fā)電提供，大約占全部電力供應(yīng)的 10%。建設(shè)初始投資大，成本較高。 (2)安全、無噪聲及其它公害。變換器主要是由電力電子開關(guān)器件連接電感或電容構(gòu)成，以脈寬調(diào)制方式形成所需電能形式向電網(wǎng)送電。由于光伏發(fā)電的特點是白天發(fā)電，而負荷用電特性往往是全天候的，因此在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能元件必不可少。隨著風(fēng)力發(fā)電成本的明顯下降，風(fēng)力 發(fā) 電發(fā)展速度加快。到 2021 年底，全世界并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電裝機容量達到 31127MW，其中歐洲裝機 23291MW，美國 4685MW，其它地區(qū) 3151MW。風(fēng)力機在理論上的最大風(fēng)能利用率為 59%，而實際上最高只能達到 40%左右。 但風(fēng)力發(fā)電同時也存在一定的局限性：（ 1）不可控性。（ 3）建設(shè)工期短，自動化程度高。 2．并網(wǎng)型 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電發(fā)展狀 況 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電 并 網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的特點 風(fēng)力發(fā)電有兩種不同的類型：獨立運行的離網(wǎng)型和接入電力系統(tǒng)的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電。 2021 年 10 月，華東電網(wǎng)正式啟動了以提升大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行能力為目的的智能互動 電網(wǎng)可行性研究項目。為此，需要增設(shè)電壓調(diào)整裝置和變壓器，預(yù)計 2030 年前追加投資 6 千億日元。 ㈡日本 東京電力和関西電力等電力公司開始投資構(gòu)建第二代智能電網(wǎng)（ SmartGrid），目標除在所有家庭安裝智能電表（ SmartMeter）外，還計劃加強送變電設(shè)施及蓄電裝置建設(shè)。分布式發(fā)電、儲能技術(shù)和電動汽車的快速發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的供用電模式，促使電力流、信息流、業(yè)務(wù)流不斷融合，以滿足日益多樣化的用戶需求。傳感器技術(shù)與信息技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用，為系統(tǒng)狀態(tài)分析和輔助決策提供了技術(shù)支持，使電網(wǎng)自愈成 為可能。 智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護和控制都需要通信系統(tǒng)的支持，因此建立通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步；通過傳感器可以對整個電網(wǎng)系統(tǒng)進行測量并傳輸數(shù)據(jù)，獲取實時數(shù)據(jù)，并提供各種信息交互；信息技術(shù)的發(fā) 展是智能電網(wǎng)的直接推動力，通過信息技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高級應(yīng)用，并在合適的時機催生出新的應(yīng)用模式。這標志著智能電網(wǎng)建設(shè)已成為國家的基本發(fā)展戰(zhàn)略。這套系統(tǒng)首次將以往分散的 能量管理系統(tǒng) 、電網(wǎng)廣域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、在線穩(wěn)定分析預(yù)警系統(tǒng)高度集成，調(diào)度人員無需在不同系統(tǒng)和平臺間頻繁切換，便可實現(xiàn)對電網(wǎng)綜合運行情況的全景監(jiān)視并獲取輔助決策支持。 2021 年 2 月 4 日， 地中海 島國 馬耳他 在周三公布了和 IBM 達成的協(xié)議，雙方同意建立一個 “ 智能公用系統(tǒng) ” ，實現(xiàn)該國電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。該項目的啟動標志著 中國 開始進入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。 2021 年 歐盟 理事會的能源綠皮書《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略》 (A European Strategy forSustainable， Competitive and SecureEnergy)強調(diào) 智能電網(wǎng)技術(shù) 是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。 本文設(shè)計了計算準入功率的優(yōu)化算法，并運用試探法計算了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的最大準入功率。 目錄 1 緒論： 課題背景 正式提出 智能電網(wǎng)的概念 智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究進展 2 并網(wǎng)型風(fēng)力和光伏發(fā)電發(fā)展狀況 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的特點 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展和現(xiàn)狀 并網(wǎng)型光伏發(fā)電 并網(wǎng)型光伏發(fā)電特點 并網(wǎng)型光伏發(fā)電的發(fā)展和現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)主要問題和研究現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對電能質(zhì)量影響 孤島效應(yīng)問題 可靠性問題 準入功率的 計 算問題 電網(wǎng)效益問題 配電網(wǎng)故障問題 3 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)基本模型和 可靠性技術(shù)研究 概述 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本模型 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電原理 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組分類 風(fēng)速數(shù)學(xué)模型 光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本模型 可靠性評估指標 評估指標計算 負荷建模 發(fā)電機組建模 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電模型的修正 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)節(jié)約的燃煤量 本章總結(jié) 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)電組位置在饋線以外對電壓水平影響 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電 放置在配電所 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機組接入饋線末端 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機組接入線路調(diào)壓器的副端 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入用戶側(cè) 機組位于饋線上對電壓水平的影響 基本試驗 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機組位置變化試驗 本章小結(jié) 5 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電準入功率計算技術(shù)研究 準入功率的計算方法 試探法 解析計算法 求解考慮電壓調(diào)整約束的準入功率 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電不主動調(diào)壓時準入功率計算 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電 主動調(diào)壓時準入功率計算 本章小結(jié) 6 智能電網(wǎng)的發(fā)展前景 7 智能電網(wǎng)技術(shù)優(yōu)劣勢分析 8 結(jié)束語 9 參考文獻 1. 緒論 2021 年， 坎貝爾 發(fā)明了一種技術(shù)，利用的是（ Swarm)群體行為原理，讓大樓里的電器互相協(xié)調(diào)，減少大樓在用電高峰期的用電量。這個電子產(chǎn)品具有了一部分交互能夠，可以看作智能電網(wǎng)中的一個基礎(chǔ)設(shè)施。同時，變電站可以收集到每家每戶的用電情況。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎(chǔ)設(shè)施一起提供相關(guān)數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進行電力分配并檢測到潛在問題。 2021年 1月 12日， 國家電網(wǎng)公司 制定了《關(guān)于加快推進 堅強智能電網(wǎng) 建設(shè) 的 意見》，確定了建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的基本原則和總體目標。電力公司也可以通過智能電表控制空調(diào)運轉(zhuǎn)等實現(xiàn)節(jié)能。 利用智能電網(wǎng)的互動性，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的傳輸數(shù)據(jù)，實行動態(tài)的浮動電價制度，可以利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)整合，遇到電力供應(yīng)的高峰期之時，能夠在不同 區(qū)域間進行及時調(diào)度，平衡電力供應(yīng)缺口，從而達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理。隨著各種新技術(shù)的進一步發(fā)展、應(yīng)用并與物理電網(wǎng)高度集成，智能電網(wǎng)應(yīng)運而生。美國奧巴馬政府作為一項公共投資投入約 40 億美元，歐洲主要國家及韓國紛紛著手強化智能電 網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。東京電力 2021 年起主要面向家庭安裝 2 千萬部。 法國 09 年秋天也發(fā)布了將再生能源納入智能電網(wǎng)的計劃，并開始征集相關(guān)企業(yè)參與。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)劃和實施方案，繼續(xù)推進智能電網(wǎng)的研究和建設(shè)。并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電場可以得到大電網(wǎng)的補償和支撐 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)濟上也具有很大的吸引力。（ 4）占地面積小，對土地質(zhì)量要求低。（ 2）不穩(wěn)定性。圖 是世界風(fēng)力發(fā)電裝機總?cè)萘康陌l(fā)展趨勢圖，可以看出，風(fēng)力發(fā)電裝機總?cè)萘吭?1999 年后上升很快，總裝機容量每年都在 20%以上的速度增長， 2021 年年底 達到 。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。 . 并網(wǎng)型光伏發(fā)電 并 網(wǎng)型光伏發(fā)電特點 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)。（ 2）光伏電池可以始終運行在最大功率點處，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。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立系統(tǒng)，成為光伏發(fā)電的 最合理發(fā)展方向。 (4)兼容性好。 歐洲占世界總產(chǎn)量 28%。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。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)。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。一般認為，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)當避免。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。（ 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行。（ 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。風(fēng)力發(fā)電穿透功率極限是指在滿足一定技術(shù)指標的前提下接入系統(tǒng)的最大風(fēng)力發(fā)電場裝機容量與系統(tǒng)最大負荷的百分比。文獻 [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，彌補了傳統(tǒng)置換法的不足。尤其在線路的某些位置，速斷保護根本無法啟動，形成速斷保護死區(qū)，使線路故障不 能及時切除。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。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)涉及到機械理論和結(jié)構(gòu)學(xué)；發(fā)電機實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換；控制和保護系統(tǒng)則廣泛涉及控制原理與電氣相關(guān)方面知識。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，經(jīng)齒輪箱升速后驅(qū)動異步發(fā)電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。雙饋電機的控制方式有兩種：（ 1）速度控制方式：在電機輸出有功功率和無功功率可變的情況下，以電機轉(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：在電機轉(zhuǎn)速可變的情況下，以電機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。對風(fēng)速的大量實測數(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。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、維護簡單等優(yōu)點。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。 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 下的負荷損失， S 為給定時間段內(nèi)造成系統(tǒng)負荷損失的狀態(tài)全集。（ 2）負荷變化的模型。 （ 3）確切負荷模型。一個發(fā)電機組的運行狀態(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)備運行的實際情況，還可能有另外的狀態(tài)，比如必須停運狀態(tài)。在實際應(yīng)用中，容量概率模型有兩種表達形式：一種是可用或有效容量概率模型；另一種是停運容量概率模型。 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。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。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。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。反映出，適當?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，能夠幫助實現(xiàn)電壓調(diào)整。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電機組位置變化試驗 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。分析了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機組位置在饋線以外各種情況對電壓水平的影響，重點研究了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機組位于饋線上的不同節(jié)點對電壓水平的影響。隨著風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電裝機容量的增加，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)定運行，還會帶來一定的經(jīng)濟