新能源發(fā)電與電能質(zhì)量問題淺析

沈 洋，趙志剛

（沈陽工程學(xué)院 電力學(xué)院，遼寧 沈陽110136）

1 新能源發(fā)電的概述

發(fā)展新能源、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)成為世界各國(guó)的重要發(fā)展戰(zhàn)略［1］。世界各大經(jīng)濟(jì)體都紛紛推出了新能源的發(fā)展規(guī)劃，以新動(dòng)力來促進(jìn)世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。將新能源即可再生資源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，如，太陽能、風(fēng)能、水能等資源轉(zhuǎn)化為電能或清潔的燃料，再應(yīng)用電力技術(shù)將一次能源轉(zhuǎn)換為高效清潔、運(yùn)輸使用方便的二次能源供人們使用，并通過不斷改進(jìn)新能源，來控制環(huán)境污染現(xiàn)象。

2 新能源發(fā)電的工作原理以及發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

2．1 風(fēng)力發(fā)電的工作原理以及發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

風(fēng)能是大自然的能源，是取之不盡、用之不竭的能源，利用風(fēng)能發(fā)電可以避免能源枯竭的危機(jī)。風(fēng)能主要是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在風(fēng)輪軸的帶動(dòng)下將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由風(fēng)輪、調(diào)向器、限速的安全機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、塔架、儲(chǔ)存能源的裝置等組成［2］。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)種類很多，如，橫軸式三葉片風(fēng)輪發(fā)電機(jī)。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)在大型風(fēng)力發(fā)電廠應(yīng)用極為廣泛，其風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度較為緩慢，而且發(fā)電機(jī)是采用福鼎的速度轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換的，主要有兩種轉(zhuǎn)速，風(fēng)力較強(qiáng)的時(shí)候，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為高速，風(fēng)力較弱的時(shí)候，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為低速。這種大型的定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要采用感應(yīng)式異步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，能直接產(chǎn)生配網(wǎng)用電頻率的交流電。除此之外，還有很多風(fēng)力發(fā)電機(jī)是變速的，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要是利用風(fēng)輪能轉(zhuǎn)動(dòng)再通過變速箱傳送至機(jī)艙的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，而且變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)力效率大多改善過，直接提升了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率，產(chǎn)生更多的電力能源，而且，在弱風(fēng)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的噪聲會(huì)更低，將產(chǎn)生的電力能源通過變壓器的升壓作用，供配電網(wǎng)供電，為人們提供電能［3］。

2．2 太陽能發(fā)電的工作原理以及發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

相比風(fēng)能來說，太陽能更具持久性。目前，太陽能發(fā)電中主要有光熱發(fā)電和光伏發(fā)電，相比之下光伏發(fā)電更有發(fā)展空間。正常情況下太陽能發(fā)電很少使用光熱發(fā)電，大多都采用光伏發(fā)電，如使用極其廣泛的太陽能電池。太陽能電池在受到太陽光照射后，電子將會(huì)由正電極向負(fù)電極移動(dòng)，而空穴也將會(huì)由負(fù)電極向正電極移動(dòng)，從而形成電流，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的作用。太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、蓄電池、控制器以及逆變器等部分組成。

太陽能發(fā)電是利用太陽能電池板來接收太陽光而產(chǎn)生電能的，然后將產(chǎn)生的電能存入蓄電池中，這時(shí)逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電器供電，或是將產(chǎn)生的交流電直接輸送到配電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)人們供電。

3 新能源發(fā)電的電能質(zhì)量問題

3．1 諧波問題

新能源發(fā)電中產(chǎn)生的諧波主要有發(fā)電機(jī)自身的配備、發(fā)電機(jī)并聯(lián)補(bǔ)償電容器與線路電抗之間發(fā)生的諧波電流，諧波電流對(duì)電能的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，甚至?xí)l(fā)電能事故。諧波不是固定的，是隨著用電環(huán)境變化的，而且，再加上配電網(wǎng)的復(fù)雜性，很有可能將諧波電流放大產(chǎn)生諧振，對(duì)電力系統(tǒng)造成極大的損害。

3．2 閃變的問題

在當(dāng)今的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，大多都是采用軟并網(wǎng)方式的發(fā)電機(jī)組，在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的沖擊電流，造成電力系統(tǒng)閃變的問題。當(dāng)實(shí)際的風(fēng)速超出限定的風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，如果所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)同時(shí)動(dòng)作，對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊就會(huì)非常明顯，使得電網(wǎng)出現(xiàn)閃變的問題。

4 新能源發(fā)電電能質(zhì)量問題的控制措施

4．1 諧波的抑制措施

諧波問題不僅對(duì)電場(chǎng)造成極大的危害，還對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，因此，應(yīng)做好新能源發(fā)電中諧波電流的控制。當(dāng)發(fā)電廠利用電力電子轉(zhuǎn)換器發(fā)電機(jī)組時(shí)，要做好對(duì)電場(chǎng)注入系統(tǒng)的諧波電流相應(yīng)的抑制措施，諧波注入電流需要滿足公共電網(wǎng)諧波（GB／T145149）的要求。在發(fā)電廠向配電網(wǎng)中注入諧波電流時(shí)，需要參考發(fā)電廠裝機(jī)的容量與供電公共連接點(diǎn)上的諧波源發(fā)電和供電設(shè)備的總?cè)萘康谋戎颠M(jìn)行相應(yīng)的分配，這樣才能有效地控制新能源發(fā)電出現(xiàn)的諧波問題。另外，在使用新能源發(fā)電的過程中，要盡量避免采用單一的發(fā)電機(jī)，這樣會(huì)使局部諧波電壓過高而對(duì)發(fā)電系統(tǒng)造成一定的威脅。要盡量采用不同種類型的發(fā)電機(jī)進(jìn)行混合配置，以有效對(duì)諧波電流進(jìn)行控制，促進(jìn)新能源發(fā)電的安全有效運(yùn)行。

4．2 閃變問題的控制措施

風(fēng)力發(fā)電廠出現(xiàn)的閃變問題也會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成極其嚴(yán)重的影響，因此，要針對(duì)風(fēng)力發(fā)電廠的閃變問題做好相關(guān)的控制措施。首先，風(fēng)力發(fā)電廠接入的公共連接點(diǎn)處的閃變干擾值必須滿足電能質(zhì)量、電壓允許波動(dòng)和閃變（GB12326－2000）的要求，而且，風(fēng)力發(fā)電廠由于發(fā)電所引起的短時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間的閃變值，必須按照風(fēng)力發(fā)電廠裝機(jī)的總?cè)萘颗c供電公共連接點(diǎn)干擾源的總?cè)萘恐g的比值進(jìn)行相應(yīng)的分配，這樣才能有效地控制發(fā)電中出現(xiàn)的閃變問題。

5 新能源發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)

5．1 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)

在新能源發(fā)電中，風(fēng)力發(fā)電是主要新能源之一，占新能源發(fā)電的比重較大。2000年，全世界的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量大概只有8 000 MW，到2010年全世界的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到100 GW，到2013年全世界的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到310 GW。通過對(duì)近幾十年全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的分析，預(yù)計(jì)在未來的20年里它將會(huì)以每年30%的裝機(jī)容量遞增。2013年，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到4 900 MW，新能源風(fēng)力發(fā)電為我國(guó)電力事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，更為人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)以及工作創(chuàng)造了更多的電力能源。預(yù)計(jì)在未來的幾年里，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將會(huì)以現(xiàn)有的20%遞增，到2020年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量預(yù)計(jì)能增長(zhǎng)140%。

5．2 太陽能發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)

太陽能與風(fēng)能一樣都是世界新能源之一。相比之下太陽能發(fā)電要比風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用更廣泛。風(fēng)力發(fā)電大多數(shù)都用于發(fā)電廠，而太陽能發(fā)電不僅局限在發(fā)電廠，同時(shí)還通過高科技研發(fā)出太陽能電池，被人們廣泛應(yīng)用。尤其是美國(guó)推出光伏計(jì)劃以及日本推出新能源計(jì)劃以來，太陽能發(fā)電的發(fā)展更為迅速。2013年，全世界太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到48 GW，預(yù)計(jì)到2020年，全世界光伏發(fā)電裝機(jī)容量將突破220 GW。2013年，我國(guó)太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量也已達(dá)到2 400 MW，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量將突破3 100 MW，這無疑會(huì)給我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。

6 結(jié)束語

本文主要針對(duì)于新能源發(fā)電與電能質(zhì)量問題進(jìn)行了分析和研究。新能源發(fā)電對(duì)于社會(huì)的發(fā)展具有非常重要的意義，但是，在利用新能源發(fā)電的過程中，需要解決電能質(zhì)量的問題，只有為用戶提供高質(zhì)量的電能，才能夠促進(jìn)電力行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

［1］ 張紅光，張粒子，陳樹勇，安 寧．大容量風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性和調(diào)度對(duì)策研究［J］．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，（31）：45－51．

［2］ 戴慧珠，王偉勝，遲永寧．風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)研究的新進(jìn)展（英文）［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2007，（20）：16－23．

［3］ 馬昕霞．風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及其對(duì)電能質(zhì)量的影響［J］．上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（03）：283－286．

［4］ 董 鍇，易仕敏，鄭 鋼．風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀與接入系統(tǒng)后的影響分析［J］．廣東電力，2009，（09）：17－20．