★ 浙江浙能金華燃機發電有限責任公司 王浩天

關鍵詞：高比例；新能源并網；電網安全；消納風險

新能源出力的隨機性增強了系統凈負荷的不確定性，促使電力平衡約束、安全穩定約束及輸電通道約束相互疊加，電網運行逐步由確定性調度向多約束、動態博弈特征發展。在此背景下，新能源消納問題發展為涉及頻率穩定、電壓支撐及系統安全裕度的綜合性風險問題，對電網規劃、運行控制和市場機制協同提出了更高要求。因此，探究系統識別消納風險形成機理并構建協同管控路徑具有實踐價值。

1   高比例新能源并網的技術特征與運行特性

以風電、光伏為代表的新能源通過電力電子裝置接入電網，降低了傳統同步發電機的慣量及阻尼支撐，使電網運行形態從“機電暫態主導”向“電磁—控制耦合主導”轉變。結合圖1所示原理架構網、功能構網及故障構網的關系可知，新能源并網通過控制策略積極進行系統運行狀態塑造，并網特性顯現出從“與網型”向“構網型”演變的趨向。新能源場站及其并網的相關裝置具備一定的有功調節、無功支撐及頻率響應能力，但受控制帶寬及資源的限制，其支撐強度及持續性與傳統電源存在差異。氣象條件對新能源出力影響效果大，可導致系統凈負荷波動幅度上升，使得調度運行對預測精度及實時控制的依賴增強。在電網短路故障工況下，電力電子接口電源在電流控制上的特性改變了故障電流的分布情況及電壓恢復過程，使得保護配置和穩定判據需重新搭建[1]。

圖1 高比例新能源并網運行特性結構示意圖

2   高比例新能源并網條件下的電網消納風險類型

2.1   電力平衡約束下的新能源消納風險

風電和光伏發電受氣象條件影響，隨機性與波動性極為明顯，負荷低谷時容易集中出力，到高峰時出力短缺，進一步增大了系統實時功率平衡調節壓力。當新能源出力快速躍升、負荷增長幅度有限時，系統依靠常規電源深度調峰、備用容量啟停或跨區外送方式維持供需平衡。若調節資源匱乏或響應遲緩，將引發新能源限發乃至棄電；當新能源出力下降時，系統應迅速補齊功率缺口；若備用配置安排不合理，將引發頻率偏移風險。

2.2   電網安全穩定約束引發的消納受限風險

以風電、光伏為代表的新能源通過電力電子裝置接入電網， 降低了傳統同步電源在頻率調節及電壓支撐時的主導作用， 導致系統慣量下降、阻尼效果變差。電網受到影響時， 系統頻率和電壓的恢復能力變差，新能源的滲透率持續攀升，電網對故障、負荷的突變及新能源出力的波動敏感度更高，調度運行應預留更大安全裕度以達到穩定要求，進而減少新能源可消納的空間體量。在穩定性差的電網或電網末端區域，新能源集中接入易引發電壓越出限定值、無功支撐不足等問題，需要限制新能源發電，以維持節點電壓穩定。

2.3   調峰能力不足導致的消納風險

風電和光伏發電在一天內波動大，時段集中出力特征明顯，導致電網凈負荷曲線低谷進一步下探、高峰變得更陡，提高了系統調峰在深度及速度上的要求。現有電力系統調峰電源以火電機組為主，其最小技術出力、啟停約束以及爬坡速率都有限。當新能源高出力與負荷低谷疊加時，常規機組難以進一步下調出力，此時需通過限制新能源發電來維持系統功率平衡。此外，部分地區抽水蓄能、電化學儲能等靈活調節資源的配置規模有限，調峰時長及持續能力不足，無法覆蓋新能源出力大幅起伏的完整周期，導致系統調峰壓力集中釋放[2]。

2.4   電網輸電能力約束引起的消納風險

風電、光伏資源聚集在負荷密度偏低的區域，負荷中心及經濟發達地區是電力需求的集中地， 新能源大規模開發高度依賴跨區、跨省輸電通道。當現有輸電通道容量匱乏或建設滯后時， 新能源的出力沒辦法及時對外輸送， 局部電網承載能力趨于極限， 調度運行需對新能源進行限發以緩解線路和斷面約束。在高比例新能源并網時， 新能源出力出現起伏， 造成潮流頻繁變化， 部分關鍵輸電斷面在特定運行方式下易出現重載及反向潮流情況。為預防線路過載和連鎖故障現象， 應采取保守的潮流控制方案， 進一步減少新能源可利用的空間。

3   高比例新能源消納風險的協同管控路徑

3.1   提升電源側靈活調節能力

為推動傳統火電機組從以發電量為主的運行模式向以調節能力為核心的運行模式轉變，需采用技術改造方式降低最小技術出力， 提升爬坡速率， 縮短啟停時間，使其有效承擔深度調峰與快速調節任務，在新能源進入高出力階段時釋放消納空間；需發揮水電調峰調頻的優勢，優化水庫的聯合調度以及梯級協同運行，加大水電對新能源出力波動的補償能力，增強系統調節的彈性活力；需引導新能源場站參與有功調節與功率預測協作，合理控制出力，降低系統凈負荷波動，提升電源側的靈活性；需多類型電源協同操作，構建統一的調度協調機制，防止單一電源過多承擔調節的壓力；需從市場與政策層面引導電源側靈活調節能力的搭建，完備調峰補償及輔助服務激勵制度，增強靈活電源參與調節的積極性，構建以調節能力為指引的電源發展模式。

3.2   強化電網側安全支撐與結構優化

新能源集中接入改變了電網原有潮流分布格局，需通過網架加密，關鍵斷面能力提升、分區分層結構優化，增強電網對新能源功率注入的適應性，避免局部電網長期處于高負荷或弱支撐狀態。電網側安全支撐能力還體現在對電力電子接口電源的協調控制水平，如圖2所示，多個并網變流器以統一的電網結構參數實現系統級協同，其運行效果取決于單個變流器控制特性與整體系統目標之間的匹配程度。

圖2 電網側安全支撐與結構優化框架圖

對并網變流器系統進行統一建模，可將單體運行目標函數表示為式（1）：

其中，x為系統狀態變量；x· 為狀態變化率；L(.)為刻畫運行性能的評價函數，反映并網運行過程中穩定性、控制平滑性等要求。在給定時間區間內對評價函數積分，可以綜合衡量該并網單元在整個運行過程中的動態性能。

在多并網變流器協同運行條件下，系統整體運行目標可表述為式（2）：

其中，N為并網變流器數量；xi和x· i分別為第i個并網單元的狀態及其變化特性； ui(t)為控制輸入； n和了則用于表征電網結構參數和連接邊界條件。該公式強調了電網安全穩定是多個新能源并網單元在統一結構約束和控制框架下共同作用的結果[3]。

3.3   推動儲能與新能源協同運行

如圖3所示，儲能系統與風電、光伏等新能源 一起構成“源—儲—荷—網”協同運行體系。儲能通過接入調度控制平臺與信息通信網絡，實現與新能源場站、電網調度及用電側的聯動。新能源在發電過剩時吸納能量，在出力不足或負荷上升時釋放電力，提高了系統功率的平衡水平。與傳統調峰手段相比，儲能響應迅速、調節精準度高，可在秒級至小時級的時間范圍內參與調頻、調峰及備用支持，對緩解新能源并網的短時波動與日內爬坡壓力優勢突出。儲能和新能源的協同運行依托統一控制及管理平臺調整充放電的時間次序，使儲能運行策略與新能源預測、電網運行約束相符，防止了充放電無秩序影響電網安全。將儲能配置到新能源出力集中區，可弱化局部電網對輸電通道和調峰電源的依賴關系，提高了就地消納水平；同時儲能可參與相關輔助服務，提高了電網頻率及電壓穩定性，為新能源提供了運行空間[4]。

圖3 儲能與新能源協同運行框架圖

3.4   完善市場機制引導新能源消納管理

隨著新能源占比持續上升，傳統電量交易市場模式較難反映電力系統不同時空尺度的調節要求，易導致新能源出力與系統運行約束出現不匹配。因此，需健全電力現貨市場與輔助服務市場體系，將調峰、調頻及備用等需求轉化成市場化信號，引導具備調節能力的電源、儲能與負荷側資源參與系統平衡。通過優化新能源參與市場的規則體系， 可壓實新能源發電主體的預測及偏差責任、提升新能源出力的可預期性、降低電網調度運行的不確定性；通過容量及靈活性補償機制， 可填充調節資源成本缺口、提高火電、水電和儲能等主體參與調峰服務的積極性、防止系統靈活性供給不足。依托跨區交易與消納責任機制，推動新能源大范圍開展優化配置，可有效緩解部分電網的消納難題[5]。

4   案例分析

我國西北地區新能源資源富集，風電、光伏裝機占比長期超過60%。新能源集中投產后，區域電網在低負荷時段頻繁出現限發問題，新能源出力高峰與負荷低谷疊加，火電調峰深度受限，外送通道利用率不足， 局部電網電壓穩定裕度偏低。為緩解上述消納風險，該地區電網公司實施“源—網—儲—市”協同優化改造方案，在電源側對存量火電機組開展深度調峰改造，降低最小技術出力，并引導新能源場站參與有功控制；在電網側強化關鍵斷面能力，增加無功支撐配置， 優化網架結構， 提高高比例新能源并網下的穩定承載能力；在儲能側配置集中式電化學儲能系統，重點布局在新能源集中接入區域，實現削峰填谷與快速功率調節；在市場側同步完善輔助服務補償和現貨交易機制，引導各類調節資源主動參與新能源消納。

通過多路徑協同推進，系統運行模式由被動限發逐步轉向主動調控，新能源消納能力和電網安全水平也得到了同步提升。技術應用前后的系統運行成效對比結果如表1所示。

表1 技術應用前后成效對比

由表1可知，通過系統性提升調節能力與優化運行機制，能夠有效削弱高比例新能源并網條件下多重約束疊加形成的消納風險。其中，調峰能力和儲能配置能夠改善電力平衡條件，降低了新能源高出力時段的限發概率；電網結構與安全支撐能力的提升，為新能源釋放更多運行空間提供了技術保障。同時，市場機制的完善增強了各類主體參與調節的積極性，推動新能源消納由行政約束驅動逐步轉向市場引導。

5   結束語

綜上所述，在能源結構深度調整的背景下，高比例新能源并網是電力系統發展的必然趨勢，同時也對新能源高效消納提出了系統性挑戰。針對高比例新能源并網條件下暴露出的電力平衡受限、安全穩定約束等問題，應提升電源側靈活調節能力、強化電網側安全支撐與結構優化、推動儲能與新能源協同運行、完善市場機制引導消納管理，以及構建多路徑協同的風險管控體系。研究表明，通過技術措施與制度機制協同發力，能夠實現新能源規模化發展、保障電網安全穩定運行。

作者簡介：

王浩天（1994-），男，吉林長春人，助理工程師，本科，現就職于浙江浙能金華燃機發電有限責任公司，研究方向為能源工程管理。

參考文獻：

[1] 牛宏亮. 碳中和目標下的新能源并網與供配電系統協調優化研究[J]. 現代工程科技, 2025, 4 (09) : 9 - 12.

[2] 劉鴻鵬 ,張書鑫. 高比例可再生能源并網消納關鍵技術[J]. 東北電力大學學報, 2023, 43 (06) : 105.

[3] 丁坤, 陳博洋, 秦建茹, 等. 大規模新能源集群接入弱電網的消納能力評估方法[J]. 電力建設, 2023, 44 (11) : 86 - 94.

[4] 李遠征, 倪質先, 段鈞韜, 等. 面向高比例新能源電網的重大耗能企業需求響應調度[J]. 自動化學報, 2023, 49 (04) : 754 - 768.

[5] 石文輝, 屈姬賢, 羅魁, 等. 高比例新能源并網與運行發展研究[J]. 中國工程科學, 2022, 24 (06) : 52 - 63.

摘自《自動化博覽》2026年7月刊