新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究

李漢波

摘 要：目前，在時代與科學技術不斷進步的同時，我國電力事業(yè)迎來了發(fā)展高峰期，這也使得人們對電網(wǎng)質(zhì)量與安全也提出了更高的要求。而由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點，這導致新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在實際運行過程中存在著不穩(wěn)定性、間斷性，不利于發(fā)電系統(tǒng)正常工作。因此，本文將對新能源發(fā)電并網(wǎng)給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來的影響進行分析，希望可以為相關工作者的研究提供一些幫助。

關鍵詞：新能源；并網(wǎng)發(fā)電；電網(wǎng)電能質(zhì)量

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0160-02

進入新時代后，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們在生活水平提高的同時，對電能質(zhì)量提出了更高的要求，而這也是我國電力行業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。雖然我國在電力事業(yè)中已經(jīng)運用了新能源并網(wǎng)系統(tǒng)，但在各種因素的影響下，其還會給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來不良影響。

1 新能源發(fā)電并網(wǎng)給電壓帶來的影響

1.1 對饋線穩(wěn)態(tài)電壓的影響

在電力系統(tǒng)中，改變有載調(diào)壓變壓器的分接頭與投切電容器是調(diào)節(jié)電壓的主要設備[1]。如果新能源發(fā)電在接入電網(wǎng)后占據(jù)大比例，那么在發(fā)電功率波動性的影響下，線路中的負荷潮流會發(fā)生較大變化，從而導致當前調(diào)壓方案無法有效調(diào)節(jié)并網(wǎng)中的電壓。通過研究可知，若依照原有調(diào)壓方案對電壓進行控制，會使用戶側(cè)的電壓水平下降，無法達到用戶用電標準。因此，必須在充分考慮實際情況的基礎上，合理改正調(diào)壓方案，以此來有效調(diào)控新能源發(fā)電并網(wǎng)中的電壓。

對于電網(wǎng)和新能源發(fā)電站公共銜接點而言，其電壓穩(wěn)態(tài)狀況主要受到接入電網(wǎng)短路容量、輸電線路阻抗以及新能源發(fā)電穿透功率等因素的影響。以某地區(qū)50MW的風電場公共銜接點電壓為例，通過風電場輸出功率波動性對其影響的研究可以發(fā)現(xiàn)，在一定程度上，電網(wǎng)中電壓是由風電場的輸出功率進行支撐。而這一輸出功率可以分為兩種類型，即有功與無功，有功輸出與電壓支撐成正比；而無功輸出給電網(wǎng)帶來的影響主要是在0.5～1.0Mvar范圍中。

1.2 對電壓波動、閃變的影響

相較于常規(guī)能源發(fā)電，新能源發(fā)電具有隨機性、波動性以及不可控制性等特點，這也就導致其在接入到并網(wǎng)后，會加大電量控制的難度。同時，這些不可控電量會將強烈電流沖擊帶給傳統(tǒng)電網(wǎng)，不但會使電網(wǎng)出現(xiàn)波動、閃變以及頻率偏差等問題，還會變更饋線潮流，在一定程度上增加電網(wǎng)不可控性與調(diào)峰容量余度。當調(diào)峰容量小于一定范圍后，其會嚴重阻礙電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。因此，必須在保證并網(wǎng)技術性能的同時，提高電網(wǎng)的電量接納能力，并增加其調(diào)峰容量。同時，在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，動態(tài)無功功率及有功功率調(diào)整功能發(fā)揮著重要作用，且并網(wǎng)中無功損耗問題也經(jīng)常會出現(xiàn)，因此，必須保證發(fā)電系統(tǒng)具備無功補償功能。只有這樣，才能有效應對運行過程中的電壓問題，從而促進電網(wǎng)高效運作。

2 新能源發(fā)電并網(wǎng)給頻率帶來的影響

在新能源并網(wǎng)發(fā)電中，新能源發(fā)電機組具有隨機性的特點，當電力系統(tǒng)發(fā)電容量占比超過一定范圍后，電網(wǎng)頻率會出現(xiàn)波動，從而給電力系統(tǒng)及用戶帶來不良影響?？梢园扬L電場功率波動給電網(wǎng)帶來的影響轉(zhuǎn)換成一種傳遞函數(shù)，而這一函數(shù)主要涉及到風電場輸出功率波動與火電機組轉(zhuǎn)速變化，并通過利用風電功率波動評估系統(tǒng)頻率模型的建立，以模擬、運算等流程獲得最終結論，即當火電機組自動發(fā)電系統(tǒng)功率波動處在0.01～1.0赫茲范圍內(nèi)，其會嚴重影響大電網(wǎng)。

在新能源發(fā)電站接入之后，為了對其給小電網(wǎng)頻率帶來影響進行研究，可以通過火電廠單機等效模型的建立及電網(wǎng)頻率的變化數(shù)據(jù)對新能源發(fā)電并網(wǎng)給頻率帶來的影響進行分析。以功率為1.5MW的新能源發(fā)電機組為例，假設頻率偏差在0.5赫茲以內(nèi)，通過計算可知新能源發(fā)電機組在穿透率達到18%時，頻率偏差最接近限定范圍值。因此，為了實現(xiàn)新能源的大規(guī)模使用，在發(fā)電系統(tǒng)運行中必須仔細研究新能源發(fā)電的波動性、間歇性特點，并有效結合電網(wǎng)調(diào)度計劃與發(fā)電功率預測，對電網(wǎng)頻率進行嚴格監(jiān)控，為發(fā)電系統(tǒng)平穩(wěn)運行提供有力保障，以此來滿足人們生產(chǎn)、生活的需要[2]。

3 新能源發(fā)電并網(wǎng)給諧波帶來的影響

并網(wǎng)風電場和并網(wǎng)光伏發(fā)電站是新能源并網(wǎng)發(fā)電站的主要類型，且電力電子裝置是發(fā)電系統(tǒng)中最常使用的設備。但其在具體的使用過程中還存在著許多問題。并網(wǎng)光伏逆變器是通過脈寬調(diào)制進行控制，同時，絕緣柵雙極型功率開關是其突出的物理特點，就會使并網(wǎng)光伏發(fā)電站在運行中出現(xiàn)電壓電流諧波，而在光照強度和照射角度變化等因素的影響下，如浮云陰影效應、物體陰影效應以及光照強度改變等，發(fā)電站的輸出功率會出現(xiàn)波動間歇性的變化，從而造成電網(wǎng)諧波污染。通過研究可知，電流諧波畸變率在凌晨、傍晚階段的變化較大，若中午出現(xiàn)較大云量，其也會有所上升。

并網(wǎng)風電場出現(xiàn)電網(wǎng)諧波的原因有兩方面：一方面是風電場線路電抗與并聯(lián)補償電容器發(fā)生諧振，從而使得諧波產(chǎn)生，具體可以分為與變速兩種風力發(fā)電機諧波。恒速風力發(fā)電機是在軟啟動階段通過電力電子裝置與電網(wǎng)的直接相連導致的諧波產(chǎn)生，而變速風力發(fā)電機則是利用逆變、整流裝置才能連接到電網(wǎng)系統(tǒng)中，在這種情況下，若電力電子裝置切換的頻率在諧波產(chǎn)生范圍內(nèi)，那么其就會給電網(wǎng)運行帶來嚴重影響；另一方面，風力發(fā)電機組本身的電力電子設備也會導致諧波產(chǎn)生。通過研究風電場中全功率變頻的變速發(fā)電機組可知，電流諧波的大小主要受到該機組開關頻率與調(diào)制方式的影響。定開關頻率調(diào)制通常是在開關頻率或者是倍數(shù)情況下會導致諧波出現(xiàn)高峰數(shù)值，而變開關頻率調(diào)制則具有整次諧波頻帶及較寬間諧波。

在一定程度上，諧波電流還會給電力系統(tǒng)造成嚴重的危害。諧波電流給新能源電網(wǎng)造成的畸形現(xiàn)象，會嚴重降低電網(wǎng)中的電能質(zhì)量，并給電力系統(tǒng)正常運行中埋下了安全隱患，嚴重時甚至會導致電力系統(tǒng)的整體癱瘓，不利于人們正常進行生產(chǎn)活動與日常生活。因此，必須從兩方面入手，有效解決這一問題。一方面，在風電場中，應該盡量接連種類不同的風電機，減少單一恒速風電機或者是變速風電機的密集接連，從而有效避免其給帶來較高的諧波電壓；另一方面，應該將可以對諧波進行過濾的相關裝置安裝在電力系統(tǒng)中，以此來降低新能源并網(wǎng)中的電網(wǎng)諧波。同時，還可以通過動態(tài)無功補償裝置或者是靜止無功補償裝置的使用，有效減少電網(wǎng)的諧波含量[3]。

4 新能源發(fā)電并網(wǎng)會出現(xiàn)孤島狀況

在電網(wǎng)壓力逐漸減小的情況下，光伏發(fā)電和風力發(fā)電等新能源并網(wǎng)不會停止對電網(wǎng)進行供電，其仍然會將電力供應到部分失去壓力的電網(wǎng)中。這也就使得其會與本地負載連接有效結合，并達到新的供需相對平衡的一種狀態(tài)，從而為其獨立運行提供有力保障，并導致了孤島現(xiàn)象的出現(xiàn)。在孤島狀況下，大電網(wǎng)無法有效調(diào)控相應的頻率與電壓，而這些電壓、頻率也得不到大電網(wǎng)的支持。若負荷側(cè)負載或者是發(fā)電側(cè)輸出功率出現(xiàn)變動，那么電網(wǎng)供需平衡就會被破壞，而電網(wǎng)中的頻率、電壓也就會出現(xiàn)波動問題。同時，在孤島情況下，如果電網(wǎng)提供的電量大于人們的實際需求，那么電網(wǎng)中頻率和電壓的波動就會超出許可的安全范圍，會給電力設備的正常運用帶來不良影響；如果電網(wǎng)提供的電量小于人們的實際需求，那么在負載容量中，情況變化可以鮮明呈現(xiàn)出來，一旦負載容量超出了其可承受的范圍，變運器就會出現(xiàn)超速負荷問題，從而使逆變器因溫度過高而發(fā)生起火問題。在這一情況下，工作人員要想有效維修逆變器，就會面臨非常大的困難與危險，嚴重的甚至會危及到自己人身安全。在孤島現(xiàn)象出現(xiàn)后，線路系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)自動跳閘的問題，即使是重新合上電路電閘，電閘也無法發(fā)揮相應作用。由此看來，新能源發(fā)電并網(wǎng)導致的孤島問題，不但會危害電力系統(tǒng)，還嚴重威脅著人民群眾人身、財產(chǎn)安全。因此，在將新能源接入電網(wǎng)之前，工作人員必須嚴格檢查并考核電力調(diào)節(jié)，保證風力與光伏等新能源發(fā)電系統(tǒng)具備對功率進行預測的功能。只有這樣，才能實現(xiàn)電力系統(tǒng)的正常、平穩(wěn)運行。

5 新能源發(fā)電并網(wǎng)缺乏成統(tǒng)一標準

由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點，這也就使得我國目前還沒有形成統(tǒng)一的新能源發(fā)電并網(wǎng)標準。在科學技術發(fā)展水平的影響下，當前我國只能對部分大、中型的新能源并網(wǎng)系統(tǒng)進行技術標準統(tǒng)一。同時，我國檢測新能源并網(wǎng)的技術也缺乏統(tǒng)一性，其中還存在著大量問題，嚴重阻礙著新能源發(fā)電并網(wǎng)的安全運行。因此，必須對電網(wǎng)系統(tǒng)的認證與檢測工作進行完善。

目前，在對新能源發(fā)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)中的、電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度、運行以及穩(wěn)定性等方面帶來影響的研究中，我國并沒有專業(yè)性的探討，而對于電網(wǎng)接納能力等技術性問題，也沒有得出相關結論。同時，在對有功控制能力、無功控制能力、低電壓穿越能力以及接入系統(tǒng)電能質(zhì)量等內(nèi)容進行檢測時，檢測方法也存在問題，缺乏對、雙向計量設備、逆變器、系統(tǒng)安全運行以及控制器等方面的有效測試。而大、中型新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)在廣泛使用下，會對相關政策措施、電網(wǎng)的接納能力以及電量調(diào)度運行提出更高的要求。因此，我國加大科學技術研究與發(fā)展力度，盡快建立其科學、統(tǒng)一的新能源發(fā)電并網(wǎng)標準，并對電力系統(tǒng)檢測工作進行完善，使其滿足人們的實際需求，從而為其安全、高效運行提供有力保障[4]。

6 結語

綜上所述，新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)雖然能夠滿足人們用電需求，但由于受到技術水平的限制，其會給電網(wǎng)電壓、頻率以及諧波等帶來不良影響，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運行。因此，相關部門必須加大技術研究力度，并結合實際情況，建立起科學、統(tǒng)一的并網(wǎng)標準，從而促進電力企業(yè)更好更快的發(fā)展。

參考文獻

[1]李鵬.淺析新能源發(fā)電并網(wǎng)對電能計量的影響及處理措施[J].科技與企業(yè)，2015，（15）：237.

[2]黃強，朱有明.新能源分布式發(fā)電并網(wǎng)對整個電網(wǎng)的影響分析[J].電子世界，2014，（16）：80-81.

[3]陳祝鵬，趙秋鵬.新能源并網(wǎng)過程中電能質(zhì)量問題研究[J].中國高新技術企業(yè)，2012，（33）：23-25.

[4]姜齊榮.新能源發(fā)電的安全穩(wěn)定與電能質(zhì)量問題探討[J].電氣時代，2014，（04）：40-43.