国际可再生能源署《可再生电力系统的电网规范》分析

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新能源低电压穿越无功电流对暂态电压安全约束的影响

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随着全球能源转型推进，波动性可再生能源（Variable Renewable Energy，VRE）在电力系统中占比提升，如何通过并网管理保障电力系统安全稳定运行是业界广泛关注的重要问题。

2016年，国际可再生能源署（IRENA）发布报告《扩大可变可再生能源：电网规范的作用》，重点围绕并网规范，提出了VRE并网管理需要关注的重点方面，并选取德国、爱尔兰、澳大利亚等典型国家，分析了其并网规范相关实践。

2022年4月，IRENA更新《可再生电力系统的电网规范》报告，与2016年相比主要有两大背景变化：一是全球VRE占比持续提升，推动碳中和步伐加快。二是电动汽车、储能等新技术在电力系统中广泛应用，新兴主体不断涌现，成为电力系统中不容忽视的重要力量。2022年报告仍围绕并网规范，聚焦VRE及电动汽车、分布式资源、储能等新技术和相关新兴主体，分析了最新并网规范的技术要求及发展趋势。

报告共分为7个部分：一是并网规范在促进电力系统各主体间建立信任、保障电力系统安全稳定运行方面发挥重要作用。二是并网规范通常包含电压和频率工作范围、频率控制、电压控制、故障穿越、保护、有功控制等九大类技术要求。三是随着VRE占比提升，并网规范需要关注电动汽车、储能等新技术，并对VRE提出新的技术要求。四是并网规范相关的技术要求有利于各主体提供辅助服务。五是并网规范的合规性管理应在技术合规性认证、现有在网设备适应新技术规定的升级改造管理方面着力。六是跨区域并网规范有助于促进跨区域电力交易和VRE发展。七是应综合考虑VRE占比、电网规模、与外部系统的互联程度、电源装机结构等因素，差异化制定并网规范。

（一）随着VRE占比提升，其对电力系统频率稳定的影响日益增大，转动惯量、频率控制等技术要求成为各国关注的重点

随着VRE占比增加，替代同步发电机组，将导致系统惯量降低。若系统惯量过低，系统出现大的频率故障后，系统频率变化率变大、跌落变快，短时间内一次调频无法及时响应，频率可能会跌落至低频减载的设定点以下，导致系统的频率出现问题或安全性受到影响。

目前国际上主要采用两种方式解决频率变化率问题。一是规定系统惯量下限，将频率变化率维持在可接受范围。英国、北欧同步系统和德州电力可靠性委员会都规定了此类惯量下限。二是通过激励机制或优化市场设计，提升系统转动惯量及频率支撑。例如爱尔兰输电系统运营商激励同步发电机组降低最小技术出力，以保证在线运行并提供转动惯量；辅助服务市场中，激励新型储能等主体为系统提供快速频率支撑。部分最新的并网规范还引入了对发电机组承受频率变化率最低限值的要求。

（二）在电压、频率等并网技术规定方面，对VRE的要求逐步与常规电源同质化

以往VRE场站无法通过调节有功和无功输出响应电网扰动过程中的频率、电压变化，国外通常称这种情况为跟网（grid following）。随着VRE占比逐步提高，尤其是成为电力系统中的主导电源，目前越来越多的国家要求VRE提供主动支撑电网能力，国外也称为构网能力（grid forming）要求，并向常规电源看齐。欧洲、英国等国家已开始向这个方向探索。例如，2021年3月，欧洲输电网运营商联盟（ENTSO-e）发布报告，认为欧洲并网规范中针对基于变流器的发电设备应引入构网能力，并已成立相应工作组；2022年1月，英国能源监管机构Ofgem发布电网规范（GC0137），引入构网能力的定义，明确具有构网能力的电厂需要具备的响应特性以及需要满足的最低技术要求等。目前，英国对电厂应具备的构网能力非强制执行，而是作为市场产品引入。

（三）分布式VRE规模化发展下配电网运行管理压力持续增加，并网相关技术规定向更低电压等级延伸

随着分布式光伏大量接入配电网，尤其是户用分布式光伏快速发展，配电网并网管理呈现三方面趋势：

一是对分布式电源的低压穿越要求向更低电压等级延伸。以往低压穿越要求多针对接入中高压配电网的分布式发电，不过目前德国、美国等国家已将低压穿越要求延伸至低压配电网。例如，德国2009年出台中压并网规范（BDEW），对接入中压电网的电源提出低压穿越要求；2011年出台低压并网规范（VDE 4105），未纳入低压穿越要求；2019年出台修订版低压并网规范（VDE-AR-N4105），对接入低压电网的分布式电源新增低压穿越要求。

二是更加重视对分布式电源提出统一的通信接口和协议要求。这样做可降低分布式发电运营商的成本，目前我国及德国、美国已有相关实践。

三是增加对屋顶光伏及其他小型分布式资源的有功控制要求。例如，要求减少有功输出、明确有功功率恢复的最低速率等。

（四）并网规范的管理对象向电动汽车、储能及产消合一者等新技术、新兴主体扩展

主要针对储能、光伏+储能、产消合一者，规定其频率控制、电压控制、有功功率控制等要求，以及规定了电动汽车充放电模式下的功率控制、故障穿越、电能质量、通信等要求。例如，比利时在某些并网技术规定方面将储能与VRE相结合，也有单独针对新型储能的并网规范，涵盖频率、低电压穿越、电压稳定和无功功率容量等方面。德国低压分布式电源并网技术规定对电动汽车充电、储能、产消合一者和发电设施进行了区分。

（五）在合适的市场机制下，应更多发挥VRE发电商、电动汽车以及产消合一者等新兴主体向系统提供辅助服务的能力

一是并网规范一定程度上减少了电源参与辅助服务的难度与复杂度。大部分国家的并网规范要求电源具备提供无功支撑和旋转备用的能力，基于这些要求，电源参与辅助服务的流程、手续可以相对简化。

二是VRE发电商以及电动汽车、产消合一者等新兴主体提供辅助服务是各国关注的重点。很多国家已经要求VRE和分布式资源具备惯量支撑、快速频率响应、黑启动能力，未来VRE和分布式资源将更多地为系统提供辅助服务支撑。

三是并网规范可以通过制定有关通信、控制接口等方面的要求，满足VRE、分布式资源参与辅助服务的需求。并网规范一般不涉及市场化交易技术。

专家介绍✦

孙艺新，国网能源院能源数字经济研究所副所长。主要研究方向：能源数字经济创新与企业数字化转型研究、能源大数据分析及相关研究咨询、能源区块链、能源人工智能技术与应用研究等。出版个人专著《大型企业运营分析体系建设》《电网企业运营分析体系与预警技术》，主编《能源大数据时代》，其他主持与参与编写专著超过6部。先后被聘为国家电网公司专业领军人才、国家电网公司优秀工程技术专家，国家电网公司运营监测（控）顶层设计专家、国家电网公司高级兼职培训师。

刘素蔚，国网能源院能源数字经济研究所研究员。主要从事企业数字化转型发展、数据管理及应用等领域研究工作。曾参与多项国家电网公司重大科技项目、重大战略课题、管理咨询项目等的研究与管理工作。

刘键烨，国网能源院能源数字经济研究所研究员。主要从事能源数字经济投资评估及优化相关领域研究工作。以第一作者或通讯作者发表核心及以上期刊9篇，曾多次参与国家、省部及央企横纵向项目，作为主要参与人获得过商务部发展成果三等奖。

柳占杰，国网能源院能源数字经济研究所研究员。主要从事企业数字化转型、运营监测分析、大数据应用等方面研究工作，作为课题负责人或主要完成人承担国网公司各类项目20余项，发表学术论文20余篇。

专家介绍✦

王彩霞，国网能源院新能源与统计研究所主任工程师。长期从事新能源政策与电力市场机制设计、高比例新能源电力系统运行分析、储能在电网中应用等研究。获国家能源局能源软科学研究优秀成果奖、北京市科技进步奖、国家电网公司科技进步奖、国家电网公司管理咨询优秀成果特别奖、国网能源研究院科技进步特等奖等奖项40余项。在期刊杂志上发表研究论文近50篇，获得发明专利授权7项，出版著作20余部。

叶小宁，国网能源院新能源与统计研究所研究员。主要从事能源电力发展战略规划、新能源发展规划、并网消纳及政策等领域的研究工作。承担了多项国家能源局、国家电网公司等单位委托的重大科研项目。编写出版《中国新能源发电分析报告》、《国内外能源与电力发展状况分析报告》等；获得国家电网公司软科学成果奖多次。

团队简介✦

国网能源院新能源与统计研究所专注新能源、分布式电源、储能和农村能源的政策管理、规划运营和市场机制研究，国际能源电力信息统计分析与能源转型研究。连续公开出版《国内外能源与电力发展比较分析年度报告》十多年，长期受国家能源局委托编著《国内外能源数据手册》，成为领导出国访问必备口袋书，受国家电网公司发展部委托编著《国际能源与电力统计手册》，为政府、公司、社会各界及时、全面了解国内外能源电力发展状况提供了有效支撑。

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编辑：于静茹

校对：蒋东方

审核：方彤

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