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

趙慶和

摘要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，我國用電量也與日俱增。如果單純地依靠化石燃料的燃燒發(fā)電，那么化石能源的儲(chǔ)存量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此需要開發(fā)新能源。新能源的無污染及可再生特點(diǎn)，對于人們的生活環(huán)境具有十分重要的意義，但也存在一定的缺陷。例如，新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)雖然替代傳統(tǒng)的發(fā)電，但是其技術(shù)不夠完善，且發(fā)電并網(wǎng)對電能的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響?；诖?，對新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析和探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電;并網(wǎng);電能質(zhì)量

引言

新能源具有非常大的應(yīng)用價(jià)值，而且符合生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益，面對新能源并網(wǎng)中的不良影響，需要強(qiáng)化研究和分析，然后通過相關(guān)的技術(shù)手段來消除諧波、孤網(wǎng)等問題，提升新能源并網(wǎng)的有效性和科學(xué)性。本文主要分析了在新能源并網(wǎng)的模式中給電網(wǎng)電能所造成的不良影響，并且就如何消除影響提出了建議。

1新能源發(fā)電并網(wǎng)的類型和特點(diǎn)

1.1新能源并網(wǎng)發(fā)電的類型

現(xiàn)階段，新能源并網(wǎng)發(fā)電的形式逐漸得到推廣。新能源具有無污染、可再生等優(yōu)勢，新能源發(fā)電的類型主要有風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電、以及水利發(fā)電等。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)能源發(fā)電以及人類活動(dòng)給社會(huì)環(huán)境帶來了嚴(yán)重的破壞，同時(shí)能源消耗持續(xù)能加，導(dǎo)致傳統(tǒng)的能源日益減少。此時(shí)新能源發(fā)電開始逐漸替代傳統(tǒng)的能源發(fā)電，因此加強(qiáng)對新能源發(fā)電的開發(fā)和研究對于人們的生活和社會(huì)發(fā)展都具有重要意義。

1.2新能源并網(wǎng)發(fā)電的特點(diǎn)

新能源發(fā)電對于環(huán)境保護(hù)和解決傳統(tǒng)能源稀缺問題都具有十分積極的意義，但是與傳統(tǒng)的能源發(fā)電相比，新能源本身具有一定的間歇性特點(diǎn)。例如，風(fēng)能和太陽能，如果將風(fēng)能和太陽能作為發(fā)電的主要能源，那么發(fā)電設(shè)備對于風(fēng)能和太陽能的需求量就十分大;對于特殊季節(jié)或者是天氣，如果出現(xiàn)光照或者是風(fēng)力不足，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備無法滿負(fù)荷的運(yùn)行，進(jìn)而無法制造出大量的電能來輸送到公共電網(wǎng)中。

2新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響

2.1諧波

在電力系統(tǒng)中，諧波的危害較為廣泛，不僅會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性，還會(huì)導(dǎo)致電能浪費(fèi)的現(xiàn)象，所以必須控制諧波的產(chǎn)生，對風(fēng)能發(fā)電而言，其發(fā)電設(shè)備本身就會(huì)造成諧波問題，尤其是恒速發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)環(huán)節(jié)，非常容易出現(xiàn)諧波現(xiàn)象。而對于變速的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，主要是利用整流方式與電網(wǎng)相連接，比較容易在切換頻率的環(huán)節(jié)引法產(chǎn)生諧波，而且產(chǎn)生的影響較大。另外一類導(dǎo)致諧波的情況是，發(fā)電系統(tǒng)中存在著相應(yīng)的補(bǔ)償裝置，其與線路電抗一起時(shí)就可能會(huì)造成諧波問題。另外，由于新能源發(fā)電與自然環(huán)境情況息息相關(guān)，在光伏發(fā)電中，隨著光照強(qiáng)度的不穩(wěn)定，包括各種遮擋所產(chǎn)生的光照強(qiáng)度差異，都會(huì)讓電網(wǎng)運(yùn)行中的輸出功率出現(xiàn)變動(dòng)，進(jìn)而造成一定程度的諧波問題，比如在并網(wǎng)后的光伏發(fā)電中，如果天氣處于陰晴變化的狀態(tài)，就監(jiān)測到電網(wǎng)中的諧波污染程度隨天氣狀態(tài)發(fā)生變化。

2.2對電網(wǎng)頻率的影響

在新能源發(fā)電并網(wǎng)的過程中，如果發(fā)電站的發(fā)電量在電力系統(tǒng)發(fā)電量中的比例增加，那么新能源發(fā)電機(jī)組會(huì)因?yàn)槠浔旧淼牟环€(wěn)定而出現(xiàn)隨機(jī)性，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)頻率出現(xiàn)異常波動(dòng)現(xiàn)象。這樣的情況會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)和用戶本身都受到嚴(yán)重影響。如果把風(fēng)力發(fā)電廠與火力發(fā)電廠的功率波動(dòng)，看作是風(fēng)力發(fā)電廠與火力發(fā)電廠機(jī)組轉(zhuǎn)速變化產(chǎn)生的波動(dòng)，再針對系統(tǒng)頻率建立一個(gè)評估模型，數(shù)據(jù)顯示在火電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)中，0.02～10Hz的功率波動(dòng)對于電網(wǎng)產(chǎn)生的影響最大。

2.3孤網(wǎng)

這種影響會(huì)直接危害到電網(wǎng)的安全性，但大電網(wǎng)的電壓減小時(shí)新能源發(fā)電往往會(huì)持續(xù)進(jìn)行，不斷給失壓的大電網(wǎng)提供電能，同時(shí)與本地負(fù)載相聯(lián)，進(jìn)而生成了全新的平衡狀況，導(dǎo)致孤網(wǎng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。在這樣的情況里，電網(wǎng)中的相關(guān)要素會(huì)發(fā)生波動(dòng)情況，比如頻率波動(dòng)或者電壓波動(dòng)，如果這兩種要素的波動(dòng)過于嚴(yán)重，超過電網(wǎng)運(yùn)行的可靠標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)增加設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)。而線路系統(tǒng)也可能發(fā)生紊亂，常見的就是自動(dòng)跳閘問題，而且一旦負(fù)載容量大于安全標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)給逆變器造成嚴(yán)重的負(fù)荷，主要表現(xiàn)為設(shè)備的穩(wěn)定上升，最終引發(fā)起火現(xiàn)象，這對于維修人員的安全是非常嚴(yán)峻的威脅。

2.4間接性和波動(dòng)性發(fā)電

新能源的供應(yīng)往往和自然環(huán)境息息相關(guān)，如果在新能源發(fā)電中遇到地理或者氣象狀況的影響，就容易出現(xiàn)間接性發(fā)電的情況，而能源的轉(zhuǎn)換效率即為波動(dòng)性。在風(fēng)能發(fā)電中，由于風(fēng)能與其速度之間為正向關(guān)系，而風(fēng)速屬于自然條件的范圍，具有明顯的不可預(yù)測性，也無法對其實(shí)施控制，這就限制了風(fēng)能發(fā)電的穩(wěn)定性。而在光伏發(fā)電中，主要的影響因素為光照情況，受氣候天氣的控制，也存在著穩(wěn)定性較低的問題。正是由于這些客觀情況的干擾，使得新能源發(fā)電中的電能本身就存在品質(zhì)問題，在流入電網(wǎng)的過程中可能會(huì)對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，這是由于電能波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致加強(qiáng)的電流，在這些電流的影響下，就容易損傷到電網(wǎng)系統(tǒng)，比如風(fēng)電場中的電壓可能會(huì)突發(fā)性增強(qiáng)，再加上風(fēng)電場設(shè)備中缺乏有效的調(diào)節(jié)裝置，就會(huì)擴(kuò)大強(qiáng)大電流對于風(fēng)電場的沖擊，非常容易導(dǎo)致風(fēng)電裝置的損壞。

3應(yīng)對新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的措施

3.1解決諧波帶來的影響的措施

諧波出現(xiàn)是因?yàn)殡娮釉O(shè)備而導(dǎo)致，無論是風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身存在問題還是并聯(lián)補(bǔ)償電容器與線路出現(xiàn)了問題，都是能夠避免的。因此，在風(fēng)力發(fā)電廠中，必須要避免單獨(dú)升高或者是降低風(fēng)速的情況，對于風(fēng)電機(jī)要避免進(jìn)行集中連接，以免局部的諧波電壓增加?？梢圆捎貌煌娘L(fēng)機(jī)混合裝置，然后對電力系統(tǒng)裝配合理的諧波過濾裝置，避免電網(wǎng)中的諧波影響，同時(shí)在產(chǎn)生諧波時(shí)適當(dāng)?shù)貞?yīng)用動(dòng)態(tài)及靜止無功補(bǔ)償裝置。

3.2并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的一致化

雖然新能源發(fā)電已經(jīng)持續(xù)多年，也做了很多的相關(guān)研究，但是在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方面的認(rèn)知較低，對于電能穩(wěn)定性缺乏必要的了解和分析，無法全面認(rèn)知到其對電能品質(zhì)的影響。同時(shí)，對于干擾電能運(yùn)行狀況的各項(xiàng)要素缺乏科學(xué)的掌握，相關(guān)的并網(wǎng)技術(shù)也處于探索階段，關(guān)于新能源的并網(wǎng)還未能構(gòu)建一致的標(biāo)準(zhǔn)，對于并網(wǎng)后系統(tǒng)的檢測和控制技術(shù)也缺乏研究與應(yīng)用。所以，為了完善統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，一定需要強(qiáng)化對于并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究，發(fā)展出相關(guān)的科學(xué)技術(shù)，來支持并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

3.3針對波動(dòng)性和間歇性的解決措施

波動(dòng)性和間歇性是由自然因素而產(chǎn)生的影響，雖然不能對自然條件進(jìn)行控制，但是可以對設(shè)備進(jìn)行控制。首先，對于發(fā)電并網(wǎng)的新能源設(shè)備，可以加入擁有規(guī)定的并網(wǎng)技術(shù)性能。其次，提升電網(wǎng)對于峰值的調(diào)節(jié)能力，加大電網(wǎng)對于波動(dòng)和間歇問題的接納能力。當(dāng)然，在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，裝置必須要要具備有功功率調(diào)整與無功功率調(diào)整的功能。最后，在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的發(fā)電站中很容易出現(xiàn)沒有功率還在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的損耗，所以新能源發(fā)電設(shè)備必須要具備無功補(bǔ)償功能。

結(jié)語

綜上所述，新能源并網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展的新模式，解決了電能供應(yīng)中的很多問題，但是由于新能源自身的因素以及相關(guān)技術(shù)的不足，目前還無法很好地處理并網(wǎng)之后對于電網(wǎng)電能的質(zhì)量影響，比如隨著新能源發(fā)電量的擴(kuò)大，出現(xiàn)了電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定的問題和更多的諧波現(xiàn)象，必須要強(qiáng)化并網(wǎng)技術(shù)的研究，并且研究和分析這些影響因素，通過技術(shù)措施來處理新能源并網(wǎng)面臨的問題。

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