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

山東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 汪其銳 山東醫(yī)藥技師學(xué)院 孫豐霞

新能源發(fā)電具有明顯的時間性與季節(jié)性特征，在接入電網(wǎng)時會對電網(wǎng)造成一些不良影響，導(dǎo)致電網(wǎng)的不穩(wěn)定。因此，對智能電網(wǎng)中新能源發(fā)電并網(wǎng)時對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行分析，并進(jìn)行優(yōu)化配置消除不良影響，是保證智能電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施[1]。

1 新能源發(fā)電概述

1.1 新能源發(fā)電并網(wǎng)概述

新能源發(fā)電大部分都為分布式電源，分布式電源由美國在1978年提出，是一種較為新型的供電方式，在出現(xiàn)之初主要是為了服務(wù)偏遠(yuǎn)地區(qū)特定用戶的用電需求而建設(shè)在用戶附近的小型供電系統(tǒng)。隨著對可再生能源的利用研究，可再生能源發(fā)電的比例逐年提高，如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、潮汐發(fā)電等的利用，例如在山西大同建設(shè)的熊貓光伏發(fā)電廠，新能源發(fā)電也指這些不穩(wěn)定的小型發(fā)電系統(tǒng)。傳統(tǒng)的新能源發(fā)電主要建于用戶附近，能源利用率高，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，隨著新能源發(fā)電的發(fā)電功率越來越高、而新能源發(fā)電建設(shè)區(qū)域一般經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為不足，電力需求不大，這造成了能源的極大浪費(fèi)，因此新能源發(fā)電有了并網(wǎng)需求。新能源發(fā)電雖然不特指可再生能源的發(fā)電系統(tǒng)，但我國新能源發(fā)電主要由可再生能源發(fā)電系統(tǒng)組成，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等。因此新能源發(fā)電的發(fā)電功率并不穩(wěn)定，有一定的時間性與季節(jié)性特點(diǎn)，這對新能源發(fā)電并網(wǎng)時造成了不良影響[2-3]。

1.2 新能源發(fā)電優(yōu)點(diǎn)與并網(wǎng)分析

新能源發(fā)電的位置分布較為合理，離用戶較近，尤其是在邊遠(yuǎn)地區(qū)的電力利用方面具有較多優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)的大型供電系統(tǒng)主要有如下優(yōu)勢：能源利用率高，更節(jié)能。新能源發(fā)電位于用戶附近，輸電距離近，因此輸電損失也較小，能源利用率高；對環(huán)境污染小，更環(huán)保。目前新能源發(fā)電主要以風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮転橹饕陌l(fā)電能源，都是可再生的清潔能源，對環(huán)境不構(gòu)成污染，同時也避免了原料運(yùn)輸；投資成本低，風(fēng)險較低。新能源發(fā)電的建設(shè)非?？欤抑饕米匀豢稍偕Y源，因此主要為設(shè)備投入和人員投入，無資源投入且位于用戶附近無需較大的配電設(shè)施投入，投資成本和運(yùn)行成本都較低，且建設(shè)周期短。

新能源發(fā)電并網(wǎng)時存在較多不確定因素。如在新能源發(fā)電并網(wǎng)前啟動與運(yùn)行時，要分析用戶的實(shí)際需求，與原有的電網(wǎng)相互配合，而新能源發(fā)電受環(huán)境因素的影響較大，這些不確定因素對并網(wǎng)時造成了較大的壓力。此外，新能源發(fā)電輸出還沒有達(dá)到50Hz 的標(biāo)準(zhǔn)，因此在進(jìn)行并網(wǎng)前要對其進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換以達(dá)到并網(wǎng)的要求，新能源并網(wǎng)前要先進(jìn)行逆變。但電力系統(tǒng)存在相應(yīng)的非線性負(fù)載，電子設(shè)備在操作的時會對電網(wǎng)造成影響。

2 新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)造成的影響

電力諧波。新能源發(fā)電在進(jìn)行并網(wǎng)時需通過電子電力設(shè)備進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，而新能源發(fā)電的特點(diǎn)決定了其需較為頻繁地啟動與關(guān)閉，會產(chǎn)生諧波分量。諧波分量對電網(wǎng)和用戶的影響都較大，如造成諧波污染會導(dǎo)致電壓共振等問題。諧波污染的程度主要受功率變換器的連接、電機(jī)繞組、電機(jī)接地等因素的影響，如諧波污染程度較大對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)可能會選擇將新能源發(fā)電斷開，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此在新能源發(fā)電安裝時要認(rèn)真評估分析諧波影響并建立模型進(jìn)行模擬，以保證新能源發(fā)電的質(zhì)量。

電壓波動。新能源發(fā)電并網(wǎng)時供電量如何和所需負(fù)荷量可以保持同步調(diào)節(jié)，其可以抑制電壓波動情況。但如果其供電量與負(fù)荷量不匹配則會造成嚴(yán)重電壓波動，造成不良影響。新能源發(fā)電并網(wǎng)時的接入位置與接入容量也較為重要，如其接入位置和接入容量不合理，同時控制也不到位，可能造成配電線路的負(fù)載變化較大，產(chǎn)生潮流變化，造成較大的電壓波動。

電壓穩(wěn)定性。新能源發(fā)電在并網(wǎng)時電網(wǎng)由單電源變?yōu)槎嚯娫磥碓?，會引發(fā)潮流方向與大小的變化，造成電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓發(fā)生變化，而新能源發(fā)電由于其時間性的特點(diǎn)需要退出電網(wǎng)時，又會再一次對電網(wǎng)造成影響，致使部分節(jié)點(diǎn)失去電壓支撐，導(dǎo)致電網(wǎng)的線路出現(xiàn)電能問題。為避免以上影響，新能源發(fā)電并網(wǎng)時要保持高功率，這樣在新能源發(fā)電退出時不會導(dǎo)致電壓出現(xiàn)較大的波動。但不同的新能源發(fā)電并網(wǎng)時對電網(wǎng)電壓造成的影響不同，現(xiàn)階段還沒有更好的方式去避免。

3 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)與智能電網(wǎng)建設(shè)

3.1 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)

電網(wǎng)指的是包含有輸電設(shè)施、變電設(shè)施和配電設(shè)施的系統(tǒng)集合，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)就是利用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等多種技術(shù)根據(jù)電網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)際情況，對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時調(diào)控的技術(shù)。自電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)出現(xiàn)以來，其已經(jīng)經(jīng)歷了多個階段的發(fā)展：第一階段是上世界70年代以專用機(jī)和專用系統(tǒng)為基礎(chǔ)的SCADA 系統(tǒng)；第二階段是上世紀(jì)80年代以調(diào)度主機(jī)雙機(jī)備用系統(tǒng)為特點(diǎn)的EMS能量管理系統(tǒng)；第三階段是上世紀(jì)90年代以精簡指令計(jì)算機(jī)的開放式分布EMS 為系統(tǒng)，可支持RISC圖形工作站的分布式系統(tǒng)；第四階段是一臺集合了EMS、DMS、WAMS 以及信息平臺等多個系統(tǒng)的綜合調(diào)度系統(tǒng)，也是現(xiàn)階段主要應(yīng)用的電力調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)安全性較高，處理能力較強(qiáng)。但隨著電力市場的不斷增長，信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)有電力調(diào)度自動化系統(tǒng)已難以適應(yīng)未來電網(wǎng)發(fā)展的需求，因此對其進(jìn)行升級與發(fā)展勢在必行。

綜合而言，未來電力調(diào)度自動化系統(tǒng)將更為智能化，且集成程度與標(biāo)準(zhǔn)性都將進(jìn)一步提升，將更適應(yīng)未來社會對電力應(yīng)用的需求。隨著電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)越來越向著智能化的方向發(fā)展。圖1為新一代智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)D5000的解析架構(gòu)。

圖1 D5000電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)解析架構(gòu)

現(xiàn)階段我國電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)發(fā)展勢頭比較良好，雖仍存在一些問題，但隨著越來越多高素質(zhì)人才的涌入，且隨著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展與成熟，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的管理方案將變得越來越搞效、信息監(jiān)控的準(zhǔn)確性與實(shí)時性將越來越高、電網(wǎng)的穩(wěn)定性與安全性也將獲得極大的提升。電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的應(yīng)用可有效降低新能源發(fā)電并網(wǎng)時對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成的影響，但重要的還是智能電網(wǎng)的建設(shè)。

3.2 智能電網(wǎng)的特點(diǎn)

智能電網(wǎng)是在物理電網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新電網(wǎng)系統(tǒng)，融合了通訊技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測量技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種新型的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的全自動管理，并可實(shí)時監(jiān)控所有用戶和節(jié)點(diǎn)。智能電網(wǎng)的供電效率更高，安全性和可靠性更強(qiáng)，主要有如下特點(diǎn)：

供電穩(wěn)定性更強(qiáng)。當(dāng)智能電網(wǎng)出現(xiàn)突發(fā)故障時，電網(wǎng)中的設(shè)備會啟動保護(hù)措施，避免出現(xiàn)大范圍的停電事故。保證多數(shù)用戶的用電穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的物理電網(wǎng)在面對自然災(zāi)害時，一旦停電將是大范圍的停電事故，對社會生產(chǎn)生活造成巨大的影響，而智能電網(wǎng)面對災(zāi)害時可有效切除故障部分對電網(wǎng)造成的影響，保證絕大部分地區(qū)的用電穩(wěn)定性，使停電的損失將到最低。

兼容性更強(qiáng)。智能電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)多種不同能源的接入并保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性，尤其是新型不穩(wěn)定能源的接入，如風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、太陽能發(fā)電等，傳統(tǒng)的物理電網(wǎng)面對大規(guī)模的新型能源接入或斷開時會由于負(fù)載的劇烈變化而造成供電的不穩(wěn)定，而智能電網(wǎng)可適應(yīng)這種變化并保持供電的穩(wěn)定性，促進(jìn)綠色可持續(xù)能源的發(fā)展，滿足供電來源的多樣化需求，并降低化石能源的消耗，降低環(huán)境污染。

修復(fù)能力更強(qiáng)。智能電網(wǎng)集成使用了大量的新技術(shù)和新設(shè)備，在其運(yùn)行過程中可實(shí)現(xiàn)自我監(jiān)控對故障的預(yù)警，當(dāng)出現(xiàn)故障時會對故障進(jìn)行自我診斷并及時修復(fù)故障，對于無法自動修復(fù)的故障會自動啟用備用裝置，切除故障裝置并及時將故障上傳，通知相關(guān)人員及時排除故障。

3.3 智能電網(wǎng)應(yīng)對新能源并網(wǎng)影響的優(yōu)化配置

加強(qiáng)并網(wǎng)規(guī)劃與管理。首先在進(jìn)行建設(shè)時要對新能源發(fā)電進(jìn)行分析，確定建設(shè)的容量和等級，并完成相應(yīng)模型的建設(shè)和監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施；其次，并網(wǎng)前要做好調(diào)試工作，對新能源發(fā)電的質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)合理的評估，并安裝好諧波治理裝置；最后利用智能電網(wǎng)實(shí)時監(jiān)控的特點(diǎn)做好對新能源發(fā)電的在線監(jiān)控，加強(qiáng)對新能源發(fā)電的管理。

完善并網(wǎng)安全技術(shù)規(guī)范。制定相關(guān)的新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)范并積極展開相關(guān)領(lǐng)域的研究，優(yōu)化新能源發(fā)電的并網(wǎng)流程，做好技術(shù)管理。如針對10kV 電壓接入電網(wǎng)的電源，應(yīng)在并網(wǎng)點(diǎn)完成擁有斷開點(diǎn)的開斷設(shè)備安裝并確保電網(wǎng)側(cè)接地；針對220V/380V電壓接入的電源，除安裝具有開斷指示的設(shè)備還應(yīng)在并網(wǎng)點(diǎn)完成漏電保護(hù)裝置安裝。

加快智能電網(wǎng)的建設(shè)。智能電網(wǎng)的自我調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，對于新能源發(fā)電的變化可進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，有效提高了控制的即時性和高效性。且可一定程度上避免人為因素造成的影響。此外智能電網(wǎng)的自我保護(hù)能力也更強(qiáng)，當(dāng)新能源發(fā)電對電網(wǎng)造成損害時可及時作出響應(yīng)，避免損害進(jìn)一步擴(kuò)大，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。

4 結(jié)語

我國新能源發(fā)電發(fā)展非常迅速，尤其是分布式電源的利用率逐年上升，如農(nóng)村房頂?shù)墓夥l(fā)電項(xiàng)目，不僅為農(nóng)戶帶來一定的收入且提高了空間利用率與能源利用率。因此，采取一定的措施避免新能源發(fā)電并網(wǎng)時對電網(wǎng)造成的影響，對于新能源發(fā)電的發(fā)展利用非常重要，可有效促進(jìn)我國的可持續(xù)發(fā)展。