新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質量的影響

鄭希如

摘要：近年來，中國大力發(fā)展太陽能、風能、生物質能等清潔可再生資源。新能源接入原有配電網(wǎng)，改變了配電網(wǎng)單向供電方式。由于新能源的間歇性和不確定性，新能源并網(wǎng)后，原有電網(wǎng)的質量將受到影響。為此，簡要分析了電能質量的含義，探討了新能源并網(wǎng)所引起的電網(wǎng)電壓偏差和諧波，這些因素影響了電力系統(tǒng)的運行頻率，造成了信息孤島，影響了電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

關鍵詞：新能源并網(wǎng); 電力系統(tǒng); 電能質量

導言：以風電、太陽能、生物質能為主導的新能源是我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容和組成部分，是中國未來能源結構的基石。光伏發(fā)電是一種新能源開發(fā)技術成熟、規(guī)模化開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式，符合我國產業(yè)政策和能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，有利于改變山西省傳統(tǒng)的能源結構，實現(xiàn)山西省能源的可持續(xù)發(fā)展能源供應多元化，對改善地方電力系統(tǒng)能源結構和經(jīng)濟發(fā)展也有積極作用。由于其并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出具有間歇性和不確定性的特點，大規(guī)模的新能源整合對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響很大，主要體現(xiàn)在電網(wǎng)諧波、電壓波動、電壓不平衡等方面。

1電能質量

在電能質量概述上，不同國家根據(jù)各自的需要對電能質量有不同的要求。對供電企業(yè)來說，電能質量是指企業(yè)提供的電能各項指標符合國家電網(wǎng)運行規(guī)范和技術標準的要求，為電力用戶提供安全可靠的電能;對電力用戶來說，電能質量是指用戶能夠保證用電的電能質量在用電過程中不受干擾。一般用電壓、頻率和波形來測量。對于電氣設備制造商來說，他們生產的電力設備質量直接關系到電能質量。根據(jù)電網(wǎng)的實際運行情況，電能質量分為電壓質量、電流質量和供電質量。

電壓質量主要是根據(jù)預置電壓與實際輸出電壓的偏差來判斷供電企業(yè)消耗的電能質量，包括電壓偏差、三相不平衡、頻率偏差、過電壓、欠壓、電壓諧波、電壓波動等。電流質量包括電流諧波、陷波等。供電質量包括技術和非技術兩個方面。非技術方面是供電公司對用戶投訴如電價、供電服務等的反應速度;技術方面是電壓的質量和可靠性。

2新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質量的影響

2.1新能源并網(wǎng)造成電網(wǎng)電壓偏差

近年來，太陽能發(fā)電得到了廣泛的應用和推廣。然而，太陽能光伏發(fā)電容易受季節(jié)、日照和溫度的影響。晴天和陰天在光照、溫度等方面存在一定差異，因此光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力也不同，導致輸出功率和電壓變化較大。風力發(fā)電受風速等方面的影響，導致風電機組的運行功率受到影響，造成電壓閃變和波動。風力發(fā)電廠一般建在風能資源豐富的地區(qū)。同時，新能源發(fā)電設備在啟停過程中的輸出功率將出現(xiàn)較大波動。新能源容易受到外界因素的影響，導致輸出電壓的變化。如果并網(wǎng)，新能源所占比重比較大，將進一步提高調壓難度。目前，電力系統(tǒng)采用開關電容器和LTC分接開關進行調壓。然而，新能源并網(wǎng)后，這種傳統(tǒng)的電壓調節(jié)方式已經(jīng)不能滿足電力系統(tǒng)運行的安全性。

2.2新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)頻率的影響

電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的基本要求，也是企業(yè)、公用事業(yè)和群眾安全可靠用電的保證。通過對光伏電站頻率的研究發(fā)現(xiàn)，當光伏發(fā)電量占比較小時，電網(wǎng)頻率正常;當發(fā)電量占比過大時，電力系統(tǒng)頻率波動較大，影響電網(wǎng)正常運行，給人民生產生活用電帶來不利影響。在風力發(fā)電方面，發(fā)現(xiàn)0.01hz至1.0hz之間的功率波動對電力系統(tǒng)的影響最大，不利于電力系統(tǒng)的正常運行。為了減少新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)頻率的影響，既要保證電網(wǎng)的正常運行，又要滿足大量新能源發(fā)電的需求。要充分考慮新能源發(fā)電不穩(wěn)定的特點，減少新能源發(fā)電對電網(wǎng)頻率的不利影響。

2.3新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)諧波的影響

光伏發(fā)電并網(wǎng)后，由于其輸出功率不穩(wěn)定，會對電能質量產生不利影響。下面逐一進行分析。一是潮流方向的變化。各地光伏發(fā)電的發(fā)展情況不盡相同，這與當?shù)靥鞖饷芮邢嚓P。因此，光伏發(fā)電的位置和容量也不同。一旦光伏并網(wǎng)容量過大，即光伏發(fā)電規(guī)模大，輸出功率大。并網(wǎng)時獲得的輸入功率很大，導致電壓升高。如果電壓超過一定值，會使潮流發(fā)生逆轉，對整個電網(wǎng)造成很大影響，阻礙電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行。二是電壓波動。光伏發(fā)電作為電力系統(tǒng)的動力源之一，其波動直接影響電網(wǎng)電壓，導致電壓波動。第三，諧波失真。光伏發(fā)電系統(tǒng)將使用大量的電力電子變換器，其作用是將光伏發(fā)電的直流電轉換成交流電，方便電力的輸送和利用，但并網(wǎng)后會產生大量的諧波電流。這些諧波電流波形不穩(wěn)定，電抗器和電容器的諧振特性加強了諧波失真。通過以上幾點，光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質量有很大影響。產生諧波的主要原因之一是風電系統(tǒng)中補償電容器和電抗在運行過程中相互作用，對電網(wǎng)系統(tǒng)產生很大影響，這也是產生諧波的主要原因之一。二是不對稱故障引起的電壓諧波。三是風電機組運行產生的諧波。

2.4新能源并網(wǎng)導致電網(wǎng)出現(xiàn)信息孤島問題

新能源并網(wǎng)后，太陽能光伏發(fā)電機組和風力發(fā)電機組為配電網(wǎng)供電。因此，有必要將新能源發(fā)電系統(tǒng)與當?shù)仉娋W(wǎng)供電銜接起來，使配電網(wǎng)達到新的平衡狀態(tài)，保證電網(wǎng)的獨立運行。由于新能源發(fā)電系統(tǒng)是一個獨立的小功率電源，不屬于同一個設備制造商，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。新能源系統(tǒng)不受電網(wǎng)監(jiān)管。如果不按實際配電網(wǎng)負荷運行，會造成嚴重的居民配電網(wǎng)負荷浪費。如果配電網(wǎng)提供的電力遠遠低于居民的實際需求，電網(wǎng)的負荷就會增加。一旦負荷超過電網(wǎng)的極限值，逆變器的溫度會迅速上升，容易引起逆變器火災，威脅居民的安全。

3優(yōu)化新能源發(fā)電并網(wǎng)策略

3.1加強對電能質量的控制

通過綜合分析新能源發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響，提出根據(jù)影響電能質量的主要因素對電力系統(tǒng)進行優(yōu)化。一是電壓閃變和波動。在電路中安裝有源電力濾波器以平衡并網(wǎng)電壓波動，并安裝動態(tài)電壓恢復器以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。另一種是通過安裝靜止無功補償器來降低諧波的影響。

3.2完善技術標準與規(guī)范

新能源具有環(huán)保和可再生的優(yōu)勢，近年來得到了廣泛的應用。新能源發(fā)電涉及多個技術領域，而新能源發(fā)電的并網(wǎng)更為復雜，在實際應用中還存在一些問題。要不斷加強新能源發(fā)電并網(wǎng)研究，不斷完善新能源發(fā)電并網(wǎng)技術標準，解決新能源并網(wǎng)存在的問題，減少并網(wǎng)對電能質量的不利影響電力系統(tǒng)。同時，要學習研究電力信息通信技術等先進技術，做好電力系統(tǒng)智能化管理，及時監(jiān)測并網(wǎng)對電網(wǎng)運行的影響，不斷優(yōu)化新能源并網(wǎng)技術，減少諧波和電壓波動對電力系統(tǒng)的危害，保證新能源發(fā)電產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

結束語

隨著傳統(tǒng)能源供應的日益緊張和人們對環(huán)境保護的重視，新能源的開發(fā)受到世界各國的重視。由于新能源的發(fā)展還處于初級階段，在實際應用過程中還存在諸多問題，阻礙了新能源發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。我們要高度重視新能源發(fā)電并網(wǎng)技術的研究，借助互聯(lián)網(wǎng)技術、電氣自動化等技術，實現(xiàn)新能源并網(wǎng)發(fā)電的智能化管理，提高新能源發(fā)電在電網(wǎng)中的比重，使新能源發(fā)電在電網(wǎng)中的比重不斷提高以減少傳統(tǒng)能源發(fā)電帶來的環(huán)境污染問題，減少珍貴的不可再生能源的浪費，確保新能源發(fā)電展覽會的可持續(xù)發(fā)展。

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