★ 浙江浙能金华燃机发电有限责任公司 王浩天

关键词：高比例；新能源并网；电网安全；消纳风险

新能源出力的随机性增强了系统净负荷的不确定性，促使电力平衡约束、安全稳定约束及输电通道约束相互叠加，电网运行逐步由确定性调度向多约束、动态博弈特征发展。在此背景下，新能源消纳问题发展为涉及频率稳定、电压支撑及系统安全裕度的综合性风险问题，对电网规划、运行控制和市场机制协同提出了更高要求。因此，探究系统识别消纳风险形成机理并构建协同管控路径具有实践价值。

1   高比例新能源并网的技术特征与运行特性

以风电、光伏为代表的新能源通过电力电子装置接入电网，降低了传统同步发电机的惯量及阻尼支撑，使电网运行形态从“机电暂态主导”向“电磁—控制耦合主导”转变。结合图1所示原理架构网、功能构网及故障构网的关系可知，新能源并网通过控制策略积极进行系统运行状态塑造，并网特性显现出从“与网型”向“构网型”演变的趋向。新能源场站及其并网的相关装置具备一定的有功调节、无功支撑及频率响应能力，但受控制带宽及资源的限制，其支撑强度及持续性与传统电源存在差异。气象条件对新能源出力影响效果大，可导致系统净负荷波动幅度上升，使得调度运行对预测精度及实时控制的依赖增强。在电网短路故障工况下，电力电子接口电源在电流控制上的特性改变了故障电流的分布情况及电压恢复过程，使得保护配置和稳定判据需重新搭建[1]。

图1 高比例新能源并网运行特性结构示意图

2   高比例新能源并网条件下的电网消纳风险类型

2.1   电力平衡约束下的新能源消纳风险

风电和光伏发电受气象条件影响，随机性与波动性极为明显，负荷低谷时容易集中出力，到高峰时出力短缺，进一步增大了系统实时功率平衡调节压力。当新能源出力快速跃升、负荷增长幅度有限时，系统依靠常规电源深度调峰、备用容量启停或跨区外送方式维持供需平衡。若调节资源匮乏或响应迟缓，将引发新能源限发乃至弃电；当新能源出力下降时，系统应迅速补齐功率缺口；若备用配置安排不合理，将引发频率偏移风险。

2.2   电网安全稳定约束引发的消纳受限风险

以风电、光伏为代表的新能源通过电力电子装置接入电网， 降低了传统同步电源在频率调节及电压支撑时的主导作用， 导致系统惯量下降、阻尼效果变差。电网受到影响时， 系统频率和电压的恢复能力变差，新能源的渗透率持续攀升，电网对故障、负荷的突变及新能源出力的波动敏感度更高，调度运行应预留更大安全裕度以达到稳定要求，进而减少新能源可消纳的空间体量。在稳定性差的电网或电网末端区域，新能源集中接入易引发电压越出限定值、无功支撑不足等问题，需要限制新能源发电，以维持节点电压稳定。

2.3   调峰能力不足导致的消纳风险

风电和光伏发电在一天内波动大，时段集中出力特征明显，导致电网净负荷曲线低谷进一步下探、高峰变得更陡，提高了系统调峰在深度及速度上的要求。现有电力系统调峰电源以火电机组为主，其最小技术出力、启停约束以及爬坡速率都有限。当新能源高出力与负荷低谷叠加时，常规机组难以进一步下调出力，此时需通过限制新能源发电来维持系统功率平衡。此外，部分地区抽水蓄能、电化学储能等灵活调节资源的配置规模有限，调峰时长及持续能力不足，无法覆盖新能源出力大幅起伏的完整周期，导致系统调峰压力集中释放[2]。

2.4   电网输电能力约束引起的消纳风险

风电、光伏资源聚集在负荷密度偏低的区域，负荷中心及经济发达地区是电力需求的集中地， 新能源大规模开发高度依赖跨区、跨省输电通道。当现有输电通道容量匮乏或建设滞后时， 新能源的出力没办法及时对外输送， 局部电网承载能力趋于极限， 调度运行需对新能源进行限发以缓解线路和断面约束。在高比例新能源并网时， 新能源出力出现起伏， 造成潮流频繁变化， 部分关键输电断面在特定运行方式下易出现重载及反向潮流情况。为预防线路过载和连锁故障现象， 应采取保守的潮流控制方案， 进一步减少新能源可利用的空间。

3   高比例新能源消纳风险的协同管控路径

3.1   提升电源侧灵活调节能力

为推动传统火电机组从以发电量为主的运行模式向以调节能力为核心的运行模式转变，需采用技术改造方式降低最小技术出力， 提升爬坡速率， 缩短启停时间，使其有效承担深度调峰与快速调节任务，在新能源进入高出力阶段时释放消纳空间；需发挥水电调峰调频的优势，优化水库的联合调度以及梯级协同运行，加大水电对新能源出力波动的补偿能力，增强系统调节的弹性活力；需引导新能源场站参与有功调节与功率预测协作，合理控制出力，降低系统净负荷波动，提升电源侧的灵活性；需多类型电源协同操作，构建统一的调度协调机制，防止单一电源过多承担调节的压力；需从市场与政策层面引导电源侧灵活调节能力的搭建，完备调峰补偿及辅助服务激励制度，增强灵活电源参与调节的积极性，构建以调节能力为指引的电源发展模式。

3.2   强化电网侧安全支撑与结构优化

新能源集中接入改变了电网原有潮流分布格局，需通过网架加密，关键断面能力提升、分区分层结构优化，增强电网对新能源功率注入的适应性，避免局部电网长期处于高负荷或弱支撑状态。电网侧安全支撑能力还体现在对电力电子接口电源的协调控制水平，如图2所示，多个并网变流器以统一的电网结构参数实现系统级协同，其运行效果取决于单个变流器控制特性与整体系统目标之间的匹配程度。

图2 电网侧安全支撑与结构优化框架图

对并网变流器系统进行统一建模，可将单体运行目标函数表示为式（1）：

其中，x为系统状态变量；x· 为状态变化率；L(.)为刻画运行性能的评价函数，反映并网运行过程中稳定性、控制平滑性等要求。在给定时间区间内对评价函数积分，可以综合衡量该并网单元在整个运行过程中的动态性能。

在多并网变流器协同运行条件下，系统整体运行目标可表述为式（2）：

其中，N为并网变流器数量；xi和x· i分别为第i个并网单元的状态及其变化特性； ui(t)为控制输入； n和了则用于表征电网结构参数和连接边界条件。该公式强调了电网安全稳定是多个新能源并网单元在统一结构约束和控制框架下共同作用的结果[3]。

3.3   推动储能与新能源协同运行

如图3所示，储能系统与风电、光伏等新能源 一起构成“源—储—荷—网”协同运行体系。储能通过接入调度控制平台与信息通信网络，实现与新能源场站、电网调度及用电侧的联动。新能源在发电过剩时吸纳能量，在出力不足或负荷上升时释放电力，提高了系统功率的平衡水平。与传统调峰手段相比，储能响应迅速、调节精准度高，可在秒级至小时级的时间范围内参与调频、调峰及备用支持，对缓解新能源并网的短时波动与日内爬坡压力优势突出。储能和新能源的协同运行依托统一控制及管理平台调整充放电的时间次序，使储能运行策略与新能源预测、电网运行约束相符，防止了充放电无秩序影响电网安全。将储能配置到新能源出力集中区，可弱化局部电网对输电通道和调峰电源的依赖关系，提高了就地消纳水平；同时储能可参与相关辅助服务，提高了电网频率及电压稳定性，为新能源提供了运行空间[4]。

图3 储能与新能源协同运行框架图

3.4   完善市场机制引导新能源消纳管理

随着新能源占比持续上升，传统电量交易市场模式较难反映电力系统不同时空尺度的调节要求，易导致新能源出力与系统运行约束出现不匹配。因此，需健全电力现货市场与辅助服务市场体系，将调峰、调频及备用等需求转化成市场化信号，引导具备调节能力的电源、储能与负荷侧资源参与系统平衡。通过优化新能源参与市场的规则体系， 可压实新能源发电主体的预测及偏差责任、提升新能源出力的可预期性、降低电网调度运行的不确定性；通过容量及灵活性补偿机制， 可填充调节资源成本缺口、提高火电、水电和储能等主体参与调峰服务的积极性、防止系统灵活性供给不足。依托跨区交易与消纳责任机制，推动新能源大范围开展优化配置，可有效缓解部分电网的消纳难题[5]。

4   案例分析

我国西北地区新能源资源富集，风电、光伏装机占比长期超过60%。新能源集中投产后，区域电网在低负荷时段频繁出现限发问题，新能源出力高峰与负荷低谷叠加，火电调峰深度受限，外送通道利用率不足， 局部电网电压稳定裕度偏低。为缓解上述消纳风险，该地区电网公司实施“源—网—储—市”协同优化改造方案，在电源侧对存量火电机组开展深度调峰改造，降低最小技术出力，并引导新能源场站参与有功控制；在电网侧强化关键断面能力，增加无功支撑配置， 优化网架结构， 提高高比例新能源并网下的稳定承载能力；在储能侧配置集中式电化学储能系统，重点布局在新能源集中接入区域，实现削峰填谷与快速功率调节；在市场侧同步完善辅助服务补偿和现货交易机制，引导各类调节资源主动参与新能源消纳。

通过多路径协同推进，系统运行模式由被动限发逐步转向主动调控，新能源消纳能力和电网安全水平也得到了同步提升。技术应用前后的系统运行成效对比结果如表1所示。

表1 技术应用前后成效对比

由表1可知，通过系统性提升调节能力与优化运行机制，能够有效削弱高比例新能源并网条件下多重约束叠加形成的消纳风险。其中，调峰能力和储能配置能够改善电力平衡条件，降低了新能源高出力时段的限发概率；电网结构与安全支撑能力的提升，为新能源释放更多运行空间提供了技术保障。同时，市场机制的完善增强了各类主体参与调节的积极性，推动新能源消纳由行政约束驱动逐步转向市场引导。

5   结束语

综上所述，在能源结构深度调整的背景下，高比例新能源并网是电力系统发展的必然趋势，同时也对新能源高效消纳提出了系统性挑战。针对高比例新能源并网条件下暴露出的电力平衡受限、安全稳定约束等问题，应提升电源侧灵活调节能力、强化电网侧安全支撑与结构优化、推动储能与新能源协同运行、完善市场机制引导消纳管理，以及构建多路径协同的风险管控体系。研究表明，通过技术措施与制度机制协同发力，能够实现新能源规模化发展、保障电网安全稳定运行。

作者简介：

王浩天（1994-），男，吉林长春人，助理工程师，本科，现就职于浙江浙能金华燃机发电有限责任公司，研究方向为能源工程管理。

参考文献：

[1] 牛宏亮. 碳中和目标下的新能源并网与供配电系统协调优化研究[J]. 现代工程科技, 2025, 4 (09) : 9 - 12.

[2] 刘鸿鹏 ,张书鑫. 高比例可再生能源并网消纳关键技术[J]. 东北电力大学学报, 2023, 43 (06) : 105.

[3] 丁坤, 陈博洋, 秦建茹, 等. 大规模新能源集群接入弱电网的消纳能力评估方法[J]. 电力建设, 2023, 44 (11) : 86 - 94.

[4] 李远征, 倪质先, 段钧韬, 等. 面向高比例新能源电网的重大耗能企业需求响应调度[J]. 自动化学报, 2023, 49 (04) : 754 - 768.

[5] 石文辉, 屈姬贤, 罗魁, 等. 高比例新能源并网与运行发展研究[J]. 中国工程科学, 2022, 24 (06) : 52 - 63.

摘自《自动化博览》2026年7月刊