大容量、高比例新能源接入 加剧对传统直流特高压的挑战
发布时间：
2023-08-26
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电网平稳调度、供需动态平衡，与新能源发电“靠天吃饭”特性存在较大冲突。新能源发电出力受风力、光照等气候因素影响，难以实现持续稳定供电或根据负荷需求调节发电出力。同时，随机性和波动性也降低了发电曲线置信度。以风电为例，单个场站的风功率1分钟波动值最大约为20%，10分钟波动最大值可达100%甚至更大。日内逆调峰特性加剧“鸭型曲线”现象。一般而言，风电夜间大发时是用电低谷，用电高峰期风电出力反而较小；光伏发电在晚高峰出力为零，大量的光伏接入电网、特别是分布式接入，导致“鸭型曲线”效应越来越严重。
常规电源集中性好、单机容量大，设备性能稳定，计划性强，调节主要以负荷侧变化为主。反观新能源装机，单体容量小、发电曲线变化多且快，电压接入等级不同、源荷同为变量，对电网规划、调度方式均形成巨大挑战。随着新能源装机比例的逐步提升，电网功率实时平衡难度进一步增大，电网潮流多变，可测、可控、可调难度呈指数型上升。
规模化新能源的接入，将导致电网抗干扰能力下降，系统的安全性稳定性无法有效保证。系统转动惯量越大，电网稳定性越强。旋转设备被静止设备替代，即新能源发电代替传统化石能源发电方式，系统惯量不再随规模增长、甚至呈下降趋势。当电网出现扰动时，由于有效转动惯量减小，系统整体波动加剧，兼之新能源机组电压、频率耐受能力差，新能源可能出现大规模脱网风险，并引发系统连锁反应。新能源机组动态无功支撑能力较常规电源弱，且新能源发电逐级升压接入电网，与主网的电气距离是常规机组的2～3倍。随着新能源发电占比快速提高，系统动态无功储备及支撑能力急剧下降，系统电压稳定问题突出，高比例新能源接入地区的电压控制困难，高比例受电地区的动态无功支撑能力不足。
风光变流器等大量电力电子设备接入，电能质量问题日益突出，不仅传统电网频率、电压和功角稳定问题受到深度影响，而且出现新的次/超同步振荡稳定问题，造成火电机组连锁跳闸，从而带来新的电网安全风险。
常规直流特高压技术特性劣势制约新能源高比例送出。常规直流特高压采用半控晶闸管作为换流核心元件，在换流过程中，无论整流还是逆变，均需要吸收大量无功功率保证换流器运行。一般无功消耗约为有功的40%～60%，因此传统直流特高压送受电端均需要能够提供大量的无功功率的交流电网作为支撑。当直流特高压发生换相失败、甩负荷或换流器闭锁故障时，系统输送功率大量缺失甚至中断，此时无功补偿过剩，引发送端换流站母线暂态过电压，而随着新能源大规模接入送端电网，使得交流系统强度进一步降低，加剧过电压严重程度，如果过电压进一步诱发大规模风电场脱网，将导致故障范围扩大。因此，常规特高压送电端需要配备满足一定电气距离的煤电机组作为解决暂态过电压的措施，并且为了保障电网设备安全，现有直流特高压会采取降功率运行方式来满足暂态过电压安全裕度。
受暂态过电压限制，严重制约了直流输电能力，天中、吉泉、祁韶、鲁固、锡泰等线路均因此受限，同时直流特高压输送功率与新能源送电功率还存在反向制约关系。如青豫直流输送功率提高到400万千瓦，则新能源上网功率必须小于260万千瓦；吉泉直流输送功率由600万千瓦提升至1000万千瓦，近区风电接纳能力则由450万千瓦下降至300万千瓦。从运行情况看已投运的风光火为主力电源的直流特高压线路可再生能源电量占比均不足40%。
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