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摘要：針對當前新能源發電量不穩定問題，本文將結合某地區實際情況，在詳細研究當地新型電力系統電力形勢基礎上，詳細闡述了光熱電站的新能源電力外送系統優化方案，并通過模型仿真驗證，分析總結了近期電力外送與遠期電力外送技術方案，并總結了緊急切機處理的相關技術措施。最后根據案例研究地區的實際情況可發現，上述措施可有效滿足地區對電能需求，是一種安全、有效的技術優化方案。

本公司于2023年3月參與到某地區新能源電力外送系統優化項目中，電能接收地的光熱資源豐富，其發電量有明顯的季節性特征，根據典型年光照資源數據模擬逐小時出力，并進行特性統計分析后可以發現，2~4月、9~10月光熱電站發電量較多，6~8月和12月發電量較少；根據光熱電站典型年各月日等效發電小時數小于4h天數統計也可以發現，當地三個地區全年日光熱等效發電小時數低于4h的天數分別為52、57、75天，在5~8月發生較多。同時根據電能接收地電網典型日負荷曲線可以發現，當地負荷曲線較平，疊加直流外送曲線后，冬季晚高峰負荷時段一般為18:00—21:00，如圖1所示。因此，電源參加電力平衡需保證晚高峰時段4~6h電力需求。

但需要注意的是，電能接收地新能源發電存在嚴重的季節不平衡問題，其中冬季電力缺額占比最大，且隨著新能源裝機滲透率逐步提高，季節性缺電問題日益加劇，電力外送成為滿足地區電能需求的主要措施。目前當地的冬季缺電問題仍主要依托地區主網提供電力電量支撐，但隨著周邊其他地區火電建設數量逐漸減少，導致周圍為當地提供的電力支撐有限，在這一背景下如何實現當地電力外送系統優化成為本公司必須解決的問題。

圖1電網典型日負荷曲線示意圖（單位pu）

1光熱電站的新能源電力外送系統優化策略

1.1模型的建立

本公司基于案例項目實際情況，采用PSDBPA軟件展開模型分析，該軟件可通過光伏電站出力來表示光伏機組的運行情況，在建設操作處理中選擇穩定文件swi建模＋潮流文件dat技術。整個建模操作的基本步驟如下：在潮流文件dat中選定BQ節點卡，并增設機端電壓0.4kV與對應的T變壓器卡與L線路卡；在穩定文件中創建光伏發電模型，根據案例項目的實際情況，設定單個光伏機組額定功率為1.05MW，共計100個；工況模擬。為確保機組在新能源電力外送運行中有過電壓與低電壓穿越能力，因此本公司技術人員在模型仿真中同時增加了RE卡與RE＋卡。

在上述建模方案基礎上，本公司在實現中遵循光火儲多能互補一體化模式，通過特高壓直流外送通道實現電能有效供給。此外，在技術實現中還充分考慮到經濟效益為目標制定電力外送計劃，其計算方法如下：

式中：maxF為新能源電力外送的凈收益最大值，單位元/年；e為系統售電收益，單位元/年；rim為新能源電力外送系統的總投資，單位元；roep為系統建成后的維護成本，單位元；rres為系統建成后的折舊值，單位元，并為保證公式能最大程度還原電網運行情況，在數據運算中所有數據均采用連續優化變量。

1.2電力外送系統的約束變量設計

1.2.1通道外送功率的選擇

為切實解決目標地區在新能源電網建設中面臨的季節性缺電問題，本公司采用經驗函數計算電力通道的外送功率參數，其計算方法如下：

式中：pd(t)為單位時間t內的通道外送功率，單位億kWh；d為地區用電需求系數；T為儲能發電裝機容量，單位億kWh；e為系統售電收益，單位元/年。通過本公式的計算方法，可在充分考慮電力工程項目經濟效益的基礎上，合理規劃通道外送功率，確保送電量且切實滿足地區發展與居民基本需求。

1.2.2設備約束條件評估

在新能源電力外送系統優化技術實現中，需根據光熱電站新能源電力系統設備的實際情況，保證電力外送系統運行狀態能長時間保持穩定運行，其功率平衡約束的計算方法如下：

式中：Pc（t）為單位時間t時的光伏出力參數；Pb（t）則為光伏機組的總出力參數，Pd（t）為系統的電力外送工作狀態。在本式數據計算中，當Pd（t）≥0時證明儲能裝置處于放電狀態；而當Pd（t）＜0，可證明裝置處于充電狀態。

1.3近期新能源電力外送技術實現策略

技術方案的實現：電網基礎設施建設普遍具有建設周期長、工程項目總投資較大的特征，導致電力設施建設難以在短時間內滿足地區發展實際情況。本公司為解決上述問題，決定先采用短期電力外送技術以解決項目所在地存在的電能不足問題，主要技術措施包括：優化地區電網溫控系統，即在兩個主變站加裝子站，并將當地與周邊地區新投入的光熱電站納入切機閥內，強化光熱電站送電能力；擴建供電區750kV第二臺主變，解決TB4單主變運行可靠性低問題，從而提升供電區域的電網電力能力，進而更好地解決目標地區的季節性電力不足問題。

技術可行性評價：本公司采用上述近期新能源電力外送技術后，分別比較改造前后案例地區的部分母線節點（1~5#母線）的電壓值（kV）情況如下：754.32/794.63、742.35/784.63、352.63/384.03、348.53/366.86、361.72/389.42。根據以上數據可以發現，案例地區在采用本公司介紹的近期新能源電力外送技術后，所選的5條母線電壓值均處于理想范圍內，提示該技術不會對當地電網安全性產生影響。

之后結合上文研究結果綜合分析近期新能源電力外送技術的可行性后，判斷在每年的6~8月和12月能向電能接收地提供25億kWh，可有效填補電能接收地的用電缺口，具有可行性。而在統計近期新能源電力外送項目的經濟效益后，結果顯示新能源電力外送單年所能創造的經濟效益超過8000萬元，具有可行性。

1.4遠期新能源電力外送方案

1.4.1技術方案設計

根據電源接收地的實際情況來看，當地預計在2030年存在36億kWh的電能缺口，因此打造遠期光熱電站的新能源電力外送系統成為其中的關鍵。本公司結合當地實際情況制定遠期電源外送技術方案，即通過升壓匯流站將清潔電力接入該地區主網，并將電能輸送至電力電源接收地即可。其中匯流站系統采用分期開發模式，即在第一期增設一臺240MWA主變，該裝置向外輸送電力規模約為200WM；第二期電網建設中則采用雙變模式，即額外增設一臺240MWA主變，此時新能源系統向電源接收地輸送的電力規模大于等于400MW。

在上述電力外送系統基礎上，本公司提出了兩種光熱電站新能源并網方案，并將其作為遠期新能源電力外送方案的關鍵，主要技術措施包括：方案1。在新能源電力外送系統建設中，將TB1OO匯流站中連接至TB26輸電線路中；方案2。新建一條330kV的輸電線路。

1.4.2技術方案對比結果評估

方案1評估：本公司相關人員發現，在當前的新能源電力外送系統體系中的TB22~TB4中僅設置了一條單回330kV線路，并且該線路已經處于嚴重重載狀態，若采用新能源電力外送則可能增加系統運行風險，難以滿足地區對電能需求。基于上述實際情況，本公司技術人員決定搭設第二回輸電線路，根據現場實際情況，判斷該線路總長度為82.53km。在上述技術架構中，為有效控制工程項目總成本，則可采用同桿雙回架設，即在現有輸電線路基礎上架設第二回輸電線路。在采用上述技術實現路徑后，整個工程項目的設計總投資額約為2.61億元。

方案2評估：基于方案1的相同工況，本公司技術人員為充分滿足電源接收地的電力需求以及長遠發展需求，決定新建一條輸電線路，該線路的總長度達到130.52km。期間為有效控制工程項目總投資，決定利用原有輸電塔桿。該方案的主要施工內容包括一條330kV的輸電線路與一座同等規模的變電站，在統計該方案的經濟指標后，計算出項目總投資約為2.89億元。

1.4.3技術方案對比

結合本公司提出的兩種技術方案，文章綜合比較兩種技術的優劣勢情況，相關對比結果如表1所示。

表1兩種技術方案的對比結果

在綜合比較表1中的相關數據可以發現，本公司提出的兩種技術方案各具優劣勢，其中方案2具有建設規模大的情況，并且在后期運行中可能出現部分線路重載問題，對線路運行安全構成威脅；相比之下，方案1的投資項目成本適中，并且該技術也能滿足電網安全運行約束條件。基于上述研究結果可以認為，方案1是滿足本次新能源電力外送技術優化的可行手段，滿足遠期新能源電力外送技術要求。

1.5緊急切機處理

1.5.1技術應用思路

光熱電站的新能源電力外送基礎的應用，雖然能有效解決部分地區的電能不足問題，但在具體操作中依然面臨諸多安全風險。因此本公司技術人員在技術改進中提出了緊急切機技術方案，該技術的適應場景為：電力系統在暫態過程中出現大量加速功率，并且故障后系統的節點電壓降低會造成系統的輸電能力下降。基于上述實際情況，在緊急切機處理中需及時切除故障設備，并且為避免系統發生功能性失穩，避免故障發生進一步惡化。

1.5.2步驟實施路徑

為滿足緊急切機處理要求，本公司技術人員提出了以下技術應對方案：步驟1。先完成系統初始化處理，即對系統發生故障情況做PSD-BPA仿真，獲得光熱電站新能源電力外送系統運行中的電壓曲線，并根據該曲線劃定對應的切機順序；步驟2。試切斷部分機組，并檢查系統是否處于穩定狀態，此時若證實系統達到穩定狀態則可轉入步驟3，若不穩定則會繼續根據切機次序按步長依次切除火電機組；步驟3。檢查輸電線路系統電壓是否處于穩定狀態，若證實不穩定則可轉入到步驟4。若穩定則可記錄此時的切機量并按照步長一次性切除對應機組；步驟4：在系統電壓未恢復時則證明切機量不足，需繼續切機，此時需根據新能源機組切機順序按步長切除新能源機組，直至系統電壓達到穩定條件。

2光熱電站的新能源電力外送系統優化技術應用效果評價

結合電源接收地的實際情況，在采用本公司開發的光熱電站的新能源電力外送技術后，當地季節性電量缺口問題得到有效解決。以2024年的6月份為例，與往年對比結果顯示，當地電力缺口總量約為4.2億kWh；而在采用上述技術方案后，當地電力缺口僅為0.63億kWh，該結果證明上述技術措施可有效滿足地區用電需求。同時安全性評估結果顯示，該技術自應用以來未發生一起火災等嚴重安全事件，提示技術安全性滿意，具有優勢。

本文作者：中核匯能有限公司，張海松；文章轉自《新能源發電與儲能》。