【正文】 線路末端 F 點兩相短路整定，可靠系數(shù)取 K k ，過流保護整定值 I set 2 按最大負荷電流整定，此處假定為 1/2 速 斷整定值。如圖 所示。對于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等分布式電源在 MV 級電 網(wǎng)資源優(yōu)化配置，文獻 [43]采用遺傳算法分別解決了系統(tǒng)網(wǎng)損最小、電網(wǎng)改造升級投資最少和發(fā)電機耗費最省的問題。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電可能增大也可能減小系統(tǒng)網(wǎng)損，取決于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的位置、容量與負荷量的相對大小以及網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)等因素。另外還可能使配電系統(tǒng)負荷預(yù)測更加困難。 電網(wǎng)效應(yīng)問題 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的接入可能使配網(wǎng)的某些設(shè)備閑置或成為備用。風(fēng)力發(fā)電場短路容量比則定義為風(fēng)力發(fā)電場額定容量與其電力系統(tǒng)連接點 的短路容量之比。國內(nèi)外的學(xué)者和工程技術(shù)人員通常采用風(fēng)力發(fā)電穿透功率極限或風(fēng)力發(fā)電場短路容量比來表征電力系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的大小，以此作為計算分析和進行評價的依據(jù)。本文將在第三章討 論風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)電壓分布的影響。進而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入系統(tǒng)后電壓穩(wěn)定裕度多變且難以預(yù)測。（ 6）風(fēng)速和光照的波動性和隨機性引起風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電出力多變，導(dǎo)致其接入系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度難以預(yù)測。（ 4）故障切除不及時，會發(fā)生暫態(tài)電壓失穩(wěn)。（ 2）變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組雖然可采用電力電子技術(shù)來控制無功功率，但其定子側(cè)無功功率只能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，受風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率變化情況的影響。換流器和其他電子裝置對電壓畸變是很敏感的， 3%左右的電壓畸變就會讓它們把風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電裝置切除。由于單相負荷的存在和低壓線路不對稱的分布，帶有風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電裝置的配電系統(tǒng)經(jīng)常運行在不平衡的狀態(tài)下，這樣，三相電壓和三相電流的相角差經(jīng)常不是 120176。（ 2）在適當(dāng)?shù)娘L(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電布置和電壓調(diào)節(jié)方式下，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電可緩解電壓驟降，提高系統(tǒng)對電壓的調(diào)節(jié)性能。（ 3）不適當(dāng)?shù)陌惭b地點、容量和連接方式會使配網(wǎng)可靠性變壞。 可靠性問題 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對可靠性產(chǎn)生不利的影響為：（ 1）大系統(tǒng)停電時有些風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電也會同時停運，仍無法提高供電的可靠性。常見的無源檢測方法有過電壓 /欠電壓、高頻 /低頻檢測，相位突跳檢測和電壓諧波檢測三種檢測方法。 (5)光伏發(fā)電系統(tǒng)若采用單相供電而造成系統(tǒng)三相負載的欠相供電問題。 (3)電力孤島區(qū)域發(fā)生的供電電壓和頻率的不穩(wěn)定將危害系統(tǒng)設(shè)備。 (2)影響配電系統(tǒng)上的保護開關(guān)動作程序。IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 1547 也強調(diào)了這個原則。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電總?cè)萘枯^大時尤其可能出現(xiàn)這種情況。研究風(fēng)力發(fā)電并網(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。其 中 ， IEC100037 評 估 了 風(fēng) 力 發(fā) 電 對 電 網(wǎng) 電 能 質(zhì) 量 的 影 響 。針對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員的研究與經(jīng)驗表明，與風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)相關(guān)的課題研究主要集中在以下幾個方面 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響 國內(nèi)外對于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等分布式電源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響方面較多。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的接入將原來輻射型無源電網(wǎng)變成了有源環(huán)網(wǎng)，系統(tǒng)因為潮流變化頻繁，系統(tǒng)保護配置，電壓調(diào)整比較困難，給系統(tǒng)安全運行帶來新的挑戰(zhàn)。 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)。鼓勵發(fā)展利用太陽能，鼓勵改造傳統(tǒng)能源利用技術(shù)，提高能源利用效率，降低污染排放，并給予稅收優(yōu)惠等支持政策。另外，我國的太陽能資源非常豐富，據(jù)統(tǒng)計，太陽能年輻照總量大于 5020MJ/m2，年日照時數(shù)在 2200 小時以上的地區(qū)約占國土 面積的 2/3 以上，具體分布見表 。穩(wěn)定且不斷發(fā)展的市場和強有力的政府支持是光伏電池研發(fā)的根本動力。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。它標(biāo)志著光伏發(fā)電由邊遠地區(qū)和特殊應(yīng)用正在向城市過渡，由補充能源向替代能源過渡，由大型集中電站向分布式供電模式過渡。表 是歐洲、日本和美國制定的光伏發(fā)電發(fā)展計劃。在 2021 年光伏發(fā)電提供的電力將占總發(fā)電量的 1%，到 2040 年將占總發(fā)電量的 26%。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%。日本安裝了 292MW， 比前一年增長了 14%。 2021 年全球安裝太陽電池組件 1460MW，比前一年增長了 34%。其中日本的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量 46%。建設(shè)初始投資大，成本較高。 (6)太陽能資源豐富，分布范圍廣。光伏發(fā)電可以與其他能源配合使用，自身增容也很方便。(3)安裝維護簡單，運行成本低。 (2)安全、無噪聲及其它公害。晶體硅的壽命可達 20 年以上。 綜上所述，光伏發(fā)電具有以下優(yōu)勢： (1)可靠。因此并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)不需要額外的蓄電池，降低了系統(tǒng)運行成本，提高了系統(tǒng)運行和供電的穩(wěn)定性。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。光伏發(fā)電所發(fā)的直流電能經(jīng)變換器變換成與電網(wǎng)相同頻率的交流電能 ，以電壓源或電流源的方式送入電力系統(tǒng)。（ 3）省略了蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)，降低了蓄電池充放電過程中的能量損失免除了由于存在蓄電池而帶來的運行與維護費用，同時也消除了處理廢舊蓄電池帶來的間接污染。與孤立運行的光伏發(fā)電站相比，并入大電網(wǎng)可以給光伏發(fā)電帶來諸多好處 ； （ 1）不必考慮負載供電的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量問題。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。 圖 光 伏發(fā)電系統(tǒng)按與電力系統(tǒng)關(guān)系分類，也通常分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并 網(wǎng) 光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽光輻射的能量經(jīng)由光伏電池板直接轉(zhuǎn)換為電能，并通過電纜 控制器、儲能等環(huán)節(jié)予以儲存和轉(zhuǎn)換，提供負載使用。我國具有開發(fā)風(fēng)力發(fā)電的良好基礎(chǔ)和廣闊前景。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。 表 中國并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)（ MW） 我國的風(fēng)力發(fā)電興起于 20 世紀(jì) 80 年代，最初的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和技術(shù)都是依靠進口。我國的風(fēng)能資源主要分布在兩大風(fēng)帶：一是東南沿海、山東、遼寧沿海及其島嶼的沿海風(fēng)帶，有效風(fēng)能密度在 200W/m2 以上， 4~20m/s 有效風(fēng)力出現(xiàn)百分率達 80%~90%；二是內(nèi)蒙北部、甘肅、新疆北部以及松花江下游的內(nèi)陸風(fēng)帶，有效 風(fēng) 能密度一般大于 200W/m2，有效風(fēng)力出現(xiàn)的時間百分率均在 70%左右。 表 風(fēng)力發(fā)電在全球總發(fā)電量中所占 比率 在我國有廣闊的發(fā)展前景，主要原因有：（ 1）我國風(fēng)力資源豐富，具有開發(fā)風(fēng)力發(fā)電的巨大潛力；（ 2）國家政府部門的鼓勵政策。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)力發(fā)電在一些風(fēng)能資源利用較好的國家 ，如丹麥和德國，已經(jīng)占到總發(fā)電量的 10％和 ％ 。 圖 世界風(fēng)力發(fā)電裝機總?cè)萘?（ GW） 與此同時，風(fēng)力發(fā)電在全球總發(fā)電量中所占的份額也在不斷增加， 2021 年已達到全球發(fā)電總量的 %，具體數(shù)據(jù)見表 。 90 年代以來，自風(fēng)力發(fā)電容量以每年平均 22%的速度增長，近五年的增長速度為 35%~50%，在各種發(fā)電方式中風(fēng)力發(fā)電量增長速度居于 首位 [9][10]。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。通 常認為風(fēng)力發(fā)電只能提供電力而不能提供有效的發(fā)電容量。風(fēng)速具有波動性和間歇性，并難以及時準(zhǔn)確預(yù)測?，F(xiàn)有的技術(shù)條件，如改變風(fēng)力機葉片的漿距角，只能在很有限的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。 但風(fēng)力發(fā)電同時也存在一定的局限性：（ 1）不可控性。（ 5）技術(shù)逐漸成熟，發(fā)電成本降低。風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)設(shè)備的建筑面積僅約占風(fēng)力發(fā)電場的 1%，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用。一個 10 兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)工期不超過一年。（ 3）建設(shè)工期短，自動化程度高。（ 2）可再生，清潔無污染。 并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點有：（ 1）風(fēng)能資源 豐富。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電是規(guī)模較大的風(fēng)力發(fā)電場，容量大約為幾兆瓦到幾百兆瓦，由幾十臺甚至成百上千臺風(fēng)力發(fā)電機組構(gòu)成。 2．并網(wǎng)型 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電發(fā)展?fàn)?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 5 月 21 日，在北京召開的 “2021 特高壓輸電技術(shù)國際會議 ” 上，國家電網(wǎng)公司正式宣布將建設(shè) “ 堅 強的智能電網(wǎng) ” ，并公布了規(guī)劃試點、全面建設(shè)、引領(lǐng)提升三階段的建設(shè)方案。 2021 年初，國家電網(wǎng)公司啟動了 “ 堅強智能電網(wǎng)體系研究報告 ” 、 “ 堅強智能電網(wǎng)綜合研究報告 ” 和 “ 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架 ” 等重要課題的研究。 從 2021 年華北電網(wǎng)公司開始進行智能電網(wǎng)相關(guān)的研究和建設(shè)，致力于打造智能調(diào)度體系，為智能輸電網(wǎng)奠定基礎(chǔ)；建立企業(yè)級服務(wù)總線，搭建智能電網(wǎng)信息架構(gòu)；超前研發(fā)清潔能源關(guān)鍵技術(shù)，做好可再生能源并網(wǎng)準(zhǔn)備；結(jié)合客戶信息采集系統(tǒng)，試點建設(shè)智能供電網(wǎng)。 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。特高壓電網(wǎng)解決了遠距離、大容量輸電問題，在一定程度上解決了能源輸送問題，但 “ 重電源輕電網(wǎng) ” 導(dǎo)致供電可靠性較低，同時網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱則限制了新能源有效利用。 德國制定了 “E — Energy” 計劃，總投資 1 億 4 千萬歐元， 09年至 2021 年 4 年時 間內(nèi)，在全國 6 個地點進行智能電網(wǎng)實證實驗。并且已正式進行了適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的智能電表等相關(guān)實驗。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。 日本智能電網(wǎng)與歐美不同，主要特征是積極地利用家庭進行太陽能發(fā)電。関西電力 2021 年 3 月底前在 40 萬個家庭安裝，并計劃更換 1200 萬部。 智能電表作為第二代智能電網(wǎng)的核心設(shè)備，主要測量每個家庭電力消費情況及隨時掌握太陽能發(fā)電量等信息。 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(biāo)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)。 奧巴馬總統(tǒng)強調(diào)說， “ 現(xiàn)在是建設(shè)綠色能源高速公路的時代 ” 。 ㈠美國 美國已開始向部分家庭安裝帶有通訊功能的智能電表（ SmartMeter），目標(biāo)是以家庭為單位，隨時監(jiān)測電力消費和管理，更加有效地實現(xiàn)輸電和供電。 國 際智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀 世界主要發(fā)達國家均在抓緊智能電網(wǎng)建設(shè)工作。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。為抵御日益頻繁的自然災(zāi)害和外界干擾，電網(wǎng)必須依靠智能化手段不斷提高其安全防御能力和自愈能力。 （ 2）發(fā)展智能電網(wǎng)是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然選擇。通信網(wǎng)絡(luò)的完善和用戶信息采集技術(shù)的推廣應(yīng)用，促進了電網(wǎng)與用戶的雙向互動。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。 （ 1）智能電網(wǎng)是電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀 電網(wǎng)已成為工業(yè)化、信息化社會發(fā)展的基礎(chǔ)和重要組成部分。 現(xiàn)在的電網(wǎng)除了一些二次設(shè)備可以實現(xiàn)遠程操作外，其他信息基本上是單向傳輸，而未來智能電網(wǎng)將會形成一種新的通信和交互機制，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備間的信息交互，以此為依托可以大幅度提高電網(wǎng)的智能性。 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。 通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ) 。加強太陽能和風(fēng)力等開發(fā)利用以及電力穩(wěn)定供應(yīng)，必須構(gòu)建智能電網(wǎng)。主要利用能夠進行雙向通訊的智能電表（ SmartMeter），即時掌握家庭 太陽能發(fā)電量和電力消費量等信息。這標(biāo)志著智能電網(wǎng)建設(shè)已成為國家的基本發(fā)展戰(zhàn)略。 2021 年 8月，國家電網(wǎng)公司啟動了智能化規(guī)劃編制、標(biāo)準(zhǔn)體系研究與制定、研究檢測中心建設(shè)、重大專項研究和試點工程等一系列工作。 課題背景 近年來，我國電力行 業(yè)緊密跟蹤歐美發(fā)達國家電網(wǎng)智能化的發(fā)展趨勢，著力技術(shù)創(chuàng)新，研究與實踐并舉