南雅
中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710000
摘要：现阶段，碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。基于此，本文就新能源电力系统稳定性进行简要探讨。
关键词：新能源；电力系统；稳定性；
新能源电力系统的中心意义就是实现真正的“纵向垂直互补 , 垂直网络负载能源存储协调”的帮助下相关的技术手段，减少一次性能源的使用，增加新能源在电力系统的比重，最后逐步使可再生能源占据电力资源结构的主要位置。新能源发电系统具有随机性和波动性、受温度的影响较大的特点，新能源集成产生的振荡对电力系统的安全运行有着重要的影响。因此，新能源比例越高，振荡问题就越严重，新能源的普及不仅会影响电力系统的安全稳定运行，而且会对新能源电力系统的运行率产生重大影响。选择将传统煤燃发电系统转化成新能源电力系统最主要的原因就是，新能源系统本身所具有的可再生性、可重复性及可利用性。风能、核能、太阳能和水能等新能源的开发利用是现阶段新能源发展的重要组成部分。目前，清洁改造电力基础设施的配套能力有待进一步提高，新能源电力系统深入渗透率高，导致对新能源电力系统的控制有着严重的不稳定性。特别是分布式发电的“弱调度”特性，使高渗透电力系统的运行难以控制。因此，研究多资源、多总体目标以及多约束的协调控制技术是十分必要的。新能源电力的另一个重要特征是其低能量密度。例如，风速为 3m/s 时，其能量密度约为 20W/m2，即使天气晴朗时正午时分的太阳能，垂直于地球表面的太阳的能量密度也仅为 1000W/m2，这使新能源个发电设备的独立容量不能太大。大量小容量发电机组并网，使电力系统台受控发电机组呈现爆炸性增长趋势。
1 新能源发电技术在电力系统中应用的现状
1.1 新能源决策
新能源一般是指基于太阳能、生物质能、水电、风能、地热能、波浪能、潮汐能、潮汐能、海洋表层和深层热循环等新技术开发和应用的可再生能源，以及氢气、沼气、酒精等等，例如，风能，水能，氢能已经成为可再生能源的主要来源。由于传统能源的有限性和环境问题的日益重要，许多国家越来越重视环境友好型的新能源和可再生能源[1]。
1.2 新能源技术的发展
新能源的发展根据技术的成熟度和技术改造的程度可分为四个阶段：研发、示范、推广和产业化。核电、太阳能热发电、沼气等技术已进入产业化成熟阶段，而太阳能发电、风力发电、生物质能发电、地热发电和生物燃料等技术大多成熟，处于产业化初期或中期。地热泵和大中型沼气炉正处于融资阶段，因为需要规模经济来降低成本。乙醇纤维素、天然气水合物的勘探和生产、可控核聚变等仍处于研发阶段，但还需进一步完善[2]。
2 新能源电力系统优化控制方法
从生产发电来看，要实现间接性和波动性明显的风力发电、光伏消纳，电力系统必须增加一些可以灵活迅速调节的电源作为支撑点。然而，我国低碳化的灵活电源，如正电、抽水蓄能装机占比过高，因而在这方面需要进一步挖掘潜力，加速灵活电源建设和改建，以搭配新能源的发展。并且电力系统的负荷已不同于传统化相对稳定性的负荷。伴随空调等大量波动性负荷的发展，必须加强数字化技术和电力网技术的深层融合，电网数字化频率控制模型如图 1 所示。从智慧型能源的发展建设方面看，要充分考虑能源系统中各个领域相互之间的协调性协调，比如，考量应急电源、通信电源和清洁电源发展规划布局之间的协调性协调，电力网建设与灵活电源布局之间的协调性协调，电力网中不同传送方式之间的协调性协调，电力网与冰网、热网相互之间的协调配合，用户侧与电源侧、用户侧与用户侧相互之间的协调协调，电力与交通、工业和住户等不同行业之间的相互配合。智慧能源系统也是在原本智能电力的基础知识上进一步拓宽，涵盖电、热、冷、气以及氢等多种多样能源的智慧化、综合性系统。从具体的发展方位上看，要实现以电为中心站，电、热、冷、气多种能源相互之间的互联互通，以及多种多样能源相互之间的协调发展，就要注重基础性技术的研发和应用。因为能源转型需要很多新的技术性和新的装置，这类技术和设备的研发离不开一些基本理论、基础知识材料、主导元器件以及关键技术的支撑点。同时，要注意把区块链、互联网大数据等技术同电力网技术深层相融，进而打造一个新型的能源生态系统。
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2 新能源发电技术在电力系统中的有效应用
目前，新的发电技术从规模、范围和技术安全性等方面进行分析，其中最成熟的是风电和太阳能发电[3]。
2.1 风力发电技术
风能是世界上最重要的资源之一，其储量是目前人类可利用的其他资源的十倍以上。风能的产生是将风转化为机械能，驱动风再通过风力发电机将机械能转化为电能。1）风力发电机的类型。根据装机容量的不同，风力发电机可分为小型、中型、大型和特大型。风力发电机的容量越大，叶片就越长。根据风力发电机的设计，可分为纵轴结构和横轴结构两类。根据功率控制方式的不同，可分为变攻角汽轮机、主动齿轮箱汽轮机和固定攻角汽轮机。根据发电机转速的不同，可以分为恒速风力发电机、变速风力发电机和恒速风力发电机。不同的能源形式可以分为海上风电和陆上风电两类。风能可分为高速和低速风力发电机，上游可分为风力发电机和风力发电机。2）设备配置和功能。风力发电机主要由风机、短舱、基础和塔筒组成。风机通常由叶片、轮毂和插接系统组成，叶片的形状决定了风能吸收多少能量。如果风机的风速高于静止风速，则高度依赖旋转叶片的末端进行空气制动。如果风机叶片因结霜、腐蚀、裂纹等情况而不能正常运行，需要及时对风机叶片进行保护和防护。3）风机控制装置。由于新技术的快速发展，新的网络连接技术采用了被广泛使用的控制模式，通过神经网控制叶片对风力发电机的转速和功率进行控制。风电场还必须配备 SVG 等无功补偿器，以预测风机的空气动力特性和风机与电网的距离，以获得良好的效果。4）被动式能源管理技术。由于风电场并网运行会消耗无功，因此稳定风电场的网络电压与平衡无功同样重要。
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2.2 太阳能发电技术
太阳辐射其实是地球上最重要的能源。太阳的能量不断地释放到地球上，每秒钟释放的能量相当于 500 万 t 标准煤。1）光电效应。PN 耦合的光电效应，当特定物质的电子受到特定电磁波的照射时，刺激形成电子，主要是来自半导体的光，形成不稳定的井对，不稳定的井对在电动势的影响下迁移，井的 P 侧和 N 侧的电子形成势。光伏系统由太阳能电池、蓄电池控制器、蓄电池和 AC/DC 转换器组成。2）电池组。太阳能电池通常分为晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、复合薄膜太阳能电池、半导体有机太阳能电池和聚光器太阳能电池。晶硅电池有单晶和多晶点，薄膜硅基太阳能电池效率低，薄膜复合电池具有环境污染小、人身危害大等缺点。有机半导体太阳能电池正在开发中，国内尚无使用实例。聚光型太阳能电池是目前效率最高的，但需要配备聚光系统和散热器。要确保提高效率和资本投资的收益大于增加发电量的收益，还有很多工作要做，聚光器太阳能电池的商业化还需要较长时间。3）光伏板的选择。支持太阳能电池组件的方法包括单轴、双轴和三轴筛选，单轴筛选可提高效率20%，双轴筛选可提高效率 25%，高精度双轴筛选可提高可以提高 30%的效率。选取太阳能模块时要注意对于太阳能模块设计方法的比较，因为不同的设计，其中有关的发电增益、成本增幅、占地面积、以及支架维护量都会有不同的区别，从中选取适合的设计才是正确的选择。4）变频器。变频器是太阳能发电最重要的设备。在选择变频器时，要考虑功率、效率、直流输入电压范围、保护功能、监控功能和数据采集功能。
3 新能源电力系统关键技术探究
我国能源低碳转型和发展所面临的压力与挑战极大，但同时，也给电力系统的创新带来了更多的机遇。对科学界、学术界和工业领域而言，如何进行电力系统的基础研究、关键技术及新型电力设备的产品研发，都是迫切需要开展的工作。
3.1 建立实时预测系统
为解决可再生资源消耗比例高的问题，必须提高与电力相关的新能源技术水平，确保电网安全运行。风力发电对电网安全控制流程如图 2 所示。因此，在未来几年，有必要不断提高新能源调度的技术水平，研究并建立具体的风电机组仿真模型，即风电场、光伏发电模块和光伏变电站，仿真分析平台建设，新能源发电并网发电系统；产品开发电站实时检测系统，实现风电场资源的实时信息和运行监控；产品研发可应用于平原、盆地及山地等地形，以及暖温带季节性气候、大陆性气候、热带季节性风力发电预测系统。有助于提升电力网的调节控制力，增加电力网运转的灵活性，通过区域电力网的互联互通，发挥相连电力网的间接储能功效，以实现资源调优利用，并降低系统总成本，同时，也要通过集中型和分布式储能技术相结合，统筹协调性来增加电力网孤网能力。
3.2 电力系统以及电瓶车的相融
将新能源电力系统与电瓶车相融合，运用更多的清洁能源，随着电瓶车的普及，越来越多的电瓶车开上街道，那么，作为必要的基础设施，发展也必须得跟上。另外，如何高效化地把它们相融到电力系统中，也是一个探索。各个国家的合作能帮助我们在这方面完成“1+1=2”的功效。同时，让我们也要在各个行业，在有利益相关的方面，包括交通领域、电能领域密切合作。让我们相信新能源汽车以及电力系统，不论是在电力网方面还是在地方，通过一系列的技术性解决方案能紧密融合。再者，在市场监管这方面政策的适应，或者说是调节，也将能使这样的融合迅速发生。
结束语
总而言之，在未来的大部分时间里，新能源电力系统关键技术和控制方法的转化升级会逐渐成我国电力系统发展的主要目标，只有真正实现新能源电力系统的自由使用，才能慢慢化解科技进步与环境资源之间的冲突，才能真正进行科技的全方位的研究投入，推动世界的进步，为人们的理想生活带来真正意义上的改变。然而，国家相关电力系统与新能源技术的融合研究还不够成熟，还需要国家大量的研究投入来缩短新能源电力系统的推广时间。
参考文献：
［１］饶宇飞，司学振，谷青发，等．储能技术发展趋势及技术现状分析［Ｊ］．电器与能效管理技术，2020，39（29）：146-148.
［２］林海雪．现代储能技术应用概况及展望［Ｊ］．电源学报，科技风，2020（29）：126-127.
［３］肖雪葵．我国先进储能产业现状：机遇与挑战并存［Ｊ］．企业技术开发，2020，27（11）：116-118.
［４］梁晶，张楷，陈曈，等．分布式能源储能技术发展研究［Ｊ］．能源与节能，2020，21（10）：112-115.