新能源并網發(fā)電對電網電能質量的影響分析

肖予普

摘 要：隨著時代與科學技術的進步，風能、太陽能等新能源在電力行業(yè)也得到了廣泛應用，但由于新能源分布的范圍廣而且分布的不均勻，導致了并網發(fā)電系統(tǒng)在運行過程中存在著間斷性與不穩(wěn)定性，不利于發(fā)電系統(tǒng)的正常、安全運行。本文將對新能源并網發(fā)電對電網電能質量帶來的一些影響進行詳細地闡述。

關鍵詞：新能源；并網發(fā)電；電網電能質量

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0155-02

在社會經濟的飛速發(fā)展下，人們的生活水平得到了一定程度上的提高，因此，對于電量的使用也有了新的要求，這也是我國電力行業(yè)要面臨的一個挑戰(zhàn)。雖然我國已經將新能源并網系統(tǒng)運用到電力事業(yè)中，但其在實際使用中還存在著一些問題，特別是對電能質量有著一些影響。

1 新能源并網發(fā)電影響電網電壓

1.1 新能源并網發(fā)電對饋線穩(wěn)態(tài)電壓的影響

在電力系統(tǒng)中，配置的動態(tài)無功調節(jié)設備不多，通常是使用改變有載調壓變壓器的分接頭和投切電容器來對電壓進行調節(jié)。新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的使用，會導致新能源發(fā)電在電網中占據(jù)比較大的比例，并且由于其發(fā)電功率所具有的波動性，會使得線路中的負荷潮流發(fā)生較大的變化，從而不能很好地進行控制、調整電網正常運行中的電壓，最終導致現(xiàn)有的調壓方案無法對新能源并網中的電壓起到應有的作用。通過對實際數(shù)據(jù)的研究可以得出，如果按照原本的調壓方案來控制新能源并網中的電壓，就會降低用戶使用的側電壓水平，無法滿足人們對電力使用的要求。因此，要根據(jù)實際情況，積極改進調壓方案，使其對新能源并網中的電壓發(fā)揮出調控作用。

新能源發(fā)電穿透功率、輸電線路阻抗以及接入電網短路容量共同決定著電網與新能源發(fā)電站公共銜接點的電壓穩(wěn)態(tài)狀況。通過對某一地區(qū)50MW風電場公共銜接點電壓在風電場輸出功率波動性影響下得出的數(shù)據(jù)進行研究，可以看出風電場輸出的功率在一定程度上支撐著電網中的電壓。風電場輸出的功率可以分為有功和無功，有功輸出越多，電壓支撐的就越強；而無功輸出對電網的影響基本控制在0.5～1.0Mvar范圍內[1]。

1.2 新能源并網發(fā)電對電網電壓波動與閃變的影響

風力發(fā)電是將風能轉變成電能的一種發(fā)電形式，但在與水電、火電等傳統(tǒng)的常規(guī)能源比較下，其發(fā)電能力會受到風力的強弱、大小甚至是方向的影響，因此，其具有波動性的特點，同時，由于人們基本上不能對風力進行有效地控制，所以它還具有隨機性和不可控制性等鮮明特征。

當這種具有波動性與間接性的風力發(fā)電與光伏發(fā)電并入到電網之中，對其電量的控制就會變得非常困難。同時，這些不穩(wěn)定的、難以控制的電量一旦并入到電網中，就會對傳統(tǒng)電網帶來強大的電流沖擊，從而導致電網波動、電網頻率偏差以及電網閃變等現(xiàn)象的出現(xiàn)，并會引起饋線中潮流出現(xiàn)變更，對無功特性以及穩(wěn)態(tài)電壓分布造成一定的影響，加大電網的調峰容量余度和不可控制性。若是電網中的調峰容量較小，就會對電力系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運行造成嚴重的阻礙。以風電場為例，如果風電機組的低電壓穿越能力很差或者說是根本沒有這種能力，那么當風電場的并網電壓降低到一定程度時，電網很容易發(fā)生瞬間故障的狀況，使得電網無法繼續(xù)運行，會給人們的生活帶來許多麻煩。接入點電網的短路容量、電壓等級、電源類型、聯(lián)網設備質量與控制方式以及并網容量等因素都會對電壓帶來一定的問題。因此，在保證新能源并網中光伏發(fā)電與風力發(fā)電系統(tǒng)均具有并網技術性能的基礎上，新能源并網系統(tǒng)中的電網必須具有電量接納能力以及充足的調峰容量。在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，最重要的就是動態(tài)無功功率調整以及有功功率調整功能，同時，光伏電站與風電場的并網中也經常會出現(xiàn)無功損耗的問題，因此，新能源并網中的發(fā)電系統(tǒng)還需要具備無功補償功能。只有具備這些功能，才能有效地應對并網運行中電壓方面出現(xiàn)的問題，從而促進電網穩(wěn)定、高效的進行工作。

2 新能源并網發(fā)電影響電網頻率

電網頻率出現(xiàn)異常的狀況在電力系統(tǒng)運行中是基本不會發(fā)生的，比如在具有較小容量的光伏發(fā)電站中即便是多臺發(fā)電機組共同投切時，電網頻率也不會超出規(guī)定的限度。但在新能源發(fā)電站的并網發(fā)電中，當電力系統(tǒng)發(fā)電容量在電網中總的發(fā)電量所占有的比例不斷擴大后，由于新能源發(fā)電機組具有著比較大的隨機性，電網內的頻率可能會出現(xiàn)一定的波動，從而對電力系統(tǒng)本身還有用戶都會造成嚴重的影響。將風電場功率波動對電網的影響轉換成火電機組轉速變化和風電場的輸出功率波動的一種傳遞函數(shù)，并建立起風電功率波動對系統(tǒng)頻率進行評估的一個模型，通過模擬、運算，從而得出火電機組自動發(fā)電系統(tǒng)在0.01～1.0赫茲區(qū)間內的功率波動，會對大電網產生非常大的影響。

為了研究新能源發(fā)電站接入后對小電網頻率產生的影響，可以建立一個火電廠單機等效的模型，并利用在風電場中實際測量出來的功率數(shù)據(jù)對具有不同穿透功率下的電網頻率變化數(shù)據(jù)進行分析。以每臺1.5MW新能源發(fā)電機組功率為例，假設電網頻率偏差是在0.5赫茲的范圍內，可以計算出頻率偏差會在新能源發(fā)電機組具有18%的穿透率時最接近限定的范圍值。因此，在新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的運行中，為了有效地應對電網中大規(guī)模新能源的使用，必須要對新能源發(fā)電的間歇性與波動性進行詳盡的研究，把對新能源發(fā)電功率的預測和對電網運行的調度計劃結合在一起，嚴格監(jiān)控電網的頻率，以保障新能源發(fā)電系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，從而滿足人們的生產生活需要[2]。

3 新能源并網發(fā)電影響電網諧波

新能源并網發(fā)電站主要有并網風電場與并網光伏發(fā)電站兩種，在光伏發(fā)電系統(tǒng)與風力發(fā)電系統(tǒng)中，使用最廣泛的就是電力電子裝置。但在使用這種裝置的過程中，會有許多問題的出現(xiàn)。并網光伏逆變器本身是采取脈寬調制的控制方法，同時，它具有絕緣柵雙極型功率開關的物理特點，這就會導致電壓電流諧波在并網光伏發(fā)電站的運行過程中產生，并且由于光照強度以及照射的角度發(fā)生變化，如浮云的陰影效應、自然光照的強度改變以及物體的陰影效應等，都會導致光伏發(fā)電站輸出功率的波動間歇發(fā)生變化，從而造成電網諧波的污染。通過研究并網光伏發(fā)電站的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)凌晨與傍晚的電流諧波畸變率較以往大，若是中午云量比較大的話，電流諧波畸變率也會有所上升。

造成并網風電場中的電網諧波出現(xiàn)的原因主要有以下兩方面：一是風電場的并聯(lián)補償電容器和線路電抗發(fā)生諧振而導致諧波產生，可以分為恒速風力發(fā)電機諧波與變速風力發(fā)電機諧波，恒速風力發(fā)電機是要通過電力電子裝置在軟啟動階段與電網進行直接的相連從而導致諧波的產生，而變速風力發(fā)電機是要依靠逆變和整流裝置才能與電網系統(tǒng)相接，并且若是電力電子裝置切換的頻率剛好在會產生諧波的范疇里的話，產生的諧波會造成非常嚴重的影響；二是風力發(fā)電機組自身所具有的電子設備會造成諧波出現(xiàn)。通過對風電場中全功率變頻的變速發(fā)電機組進行研究，可以看出其調制的方式與開關的頻率是影響電流諧波大小的關鍵因素。定開關頻率調制一般是在開關頻率或者是開關頻率的倍數(shù)前后會出現(xiàn)諧波的高峰數(shù)值，但變開關頻率的調制是有著比較寬的間諧波與整次的諧波頻帶[3]。

4 新能源并網發(fā)電導致孤島狀況出現(xiàn)

在電網壓力減小后，并網風力發(fā)電與光伏發(fā)電并不會停止向電網供電，還是會為一些失去壓力的電網繼續(xù)供電。這樣就需要互相之間將本地負載連接結合在一起，使其達到一個新的供與需相對平衡的狀態(tài)，以保障其可以獨立地運行，因此，孤島現(xiàn)象也就出現(xiàn)了。在孤島情況下，電網中的電壓與頻率并不受大電網的調控，無法獲得大電網的支持，若是發(fā)電側輸出功率或者是負荷側負載發(fā)生了變化，那么就會對電網的供需平衡造成一定的影響，從而導致電網中的電壓與頻率經常出現(xiàn)一些波動的狀況。在孤島狀況中，若是供電大于人們的需求，那么電壓與頻率的波動空間就會超出電網的安全范圍，會嚴重的影響到相關設備的安全運用；若是供電小于人們的需求，那么情況的變化就會在負載容量中表現(xiàn)出來，當容量超出了一定的可承受范圍時，變運器中就會出現(xiàn)超速負荷的狀況，就會使得逆變器中產生了過高的溫度，從而導致了起火狀況的發(fā)生。這種情況下，工作人員在對逆變器進行維修時需要面臨很大的威脅，甚至會危及他們的人身安全。在孤島現(xiàn)象中，自動跳閘的情況基本上是在線路系統(tǒng)中出現(xiàn)，所以，即使是將電路的電閘重新合上，它也不會起到任何的作用。因此，新能源并網發(fā)電帶來的孤島現(xiàn)象，不僅會對電力系統(tǒng)造成危害，還會威脅著廣大人民群眾的安全。所以，在將新能源與電網合并之前，必須對電力的調節(jié)進行嚴格的檢查、考核，并且使光伏發(fā)電系統(tǒng)與風力發(fā)電系統(tǒng)都具有預測功率的功能，這樣才能保證電力系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運行。

5 新能源并網發(fā)電并沒有形成統(tǒng)一標準

新能源的分布范圍比較廣，而且分布的并不均勻，這也就使得我國暫時還沒有一個相對統(tǒng)一的新能源并網發(fā)電標準。依據(jù)我國現(xiàn)有的科學技術發(fā)展水平，只能統(tǒng)一部分大中型新能源并網系統(tǒng)中的技術標準，同時，新能源并網檢測的技術也并不統(tǒng)一，其中還存在著一些問題需要解決。因此，需要進一步加強與完善系統(tǒng)的檢測與認證。

實際上，我國目前對于大中型新能源并網發(fā)電對電力系統(tǒng)的電能質量、運行、電網調度、穩(wěn)定性與安全性等方面的影響并沒有專業(yè)性的探討，對于一些技術性的問題，包括電網接納能力等，也沒有相關的結論。同時，在接入系統(tǒng)的電能質量、低電壓穿越能力和有功或者是無功的控制能力等方面的檢測中，檢測的方法也存在著一定的問題，包括對逆變器、雙向計量設備、控制器、輸配電設備以及系統(tǒng)安全運行等方面的測試。隨著大中型新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的使用，會對電量調度運行、電網的接納能力以及相關的政策措施等方面提出更高的要求，因此，我國要不斷發(fā)展科學技術，盡快建立統(tǒng)一的新能源并網發(fā)電標準，完善對電力系統(tǒng)的檢測，保證其在滿足人們的需求下安全、高效地運行。

6 結語

新能源并網發(fā)電系統(tǒng)雖然可以滿足人們對于用電的需求，但由于我國相應的技術水平較低，其對電網中的電壓、頻率、諧波等方面存在著一些不好的影響，威脅著電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。因此，相關部門要加大對技術的研究力度，建立統(tǒng)一的并網標準并不斷完善，從而促進電力企業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1]呂志盛，閆立偉，羅艾青，等.新能源發(fā)電并網對電網電能質量的影響研究[J].華東電力，2012，40（02）：251-256.

[2]黃蓓，喻凌翔，溫曉荃.新能源發(fā)電并網對電網電能質量的影響研究[J].求知導刊，2017，（03）：50.

[3]康琿，屈瑋琦.探討新能源發(fā)電并網對電網電能的影響[J].科技經濟市場，2014，（08）：51-52.