新能源并網過程中電能質量問題研究

摘要：太陽能、風能這類新能源屬于可再生資源，具有清潔的特點，是未來發電的一個趨勢。在利用新能源進行發電的過程中，由于各種因素的存在會給電能質量造成很大的影響。文章主要對這種影響進行分析，希望給這方面的研究起到一定的促進作用。

關鍵詞：新能源；并網過程；電能質量；諧波污染

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）33-0023-03

1 概述

隨著社會的發展，風力發電以及光伏發電等獲得了非常大的應用。但是在這些新能源發電并網的過程中，由于動態波動比較大，因此輸出功率并不是很穩定，這容易給電能質量造成一定的影響。此外，由于當前新能源發電的并網過程多需要電力電子裝置來實現，這也會在一定程度上產生附加諧波電流。基于此，本文關于新能源并網過程中電能質量問題的研究具有很強的實踐意義。

2 新能源并網過程中對電能質量的影響

新能源并網過程中對電能質量的影響是多方面的，以下將從電壓、頻率質量和諧波這幾個方面分別對其進行詳細分析，以此實現對于新能源并網運行可靠性以及安全性的系統評估，為新能源發電并網提供管理以及調控的依據。

2.1 電網電壓方面的影響

2.1.1 饋線穩態電壓方面的影響。在電力系統中，調節電壓的接入一般是經過LTC和投切電容器來實現的，而且還會進行一些其他動態無功調節裝置的配置。在這種情況下，如果接入電網中新能源占的比例比較大，則其發電站功率的波動性會給線路的負荷潮流造成比較大的影響，使其也容易產生波動而且變化會比較大，導致電壓調整難度

加大。

具體來說，主變電站和新能源發電站之間的距離越大，那么饋線電壓也將越高。而新能源發電站容量在最小運行的方式下相較于負荷的比例會比較大，這會導致電站上游的輸送功率降低，嚴重時還會導致逆流現象，最終使得最小運行方式中不同位置新能源發電站饋線電壓分布和最大運行方式中存在著很大的不同。

總體而言，電網和新能源發電站公共連接點的電壓穩態變化除了由其接入電網短路容量、發電穿透功率以及輸電線路阻抗這些因素共同決定以外，而且風電場無功出力也會給電網的穩態電壓造成一定的影響。

2.1.2 電壓波動以及閃變方面的影響。電力系統中，新能源發電站中機組由于出力、開停機是隨著波動變化的，加之補償電容器投切因素的影響，使得電網中出現電壓波動以及閃變的問題。因此可以看出，導致電壓波動以及閃變的最直接原因就在于發電站輸出功率的變化。其中對于風力發電來說，影響其輸出功率的最大因素為風速的變化，其湍流強度和電壓波動以及閃變有著一定的正比例關系，當前在這方面的研究也比較多。

而對于光伏發電站來說，影響其輸出功率的主要原因在于溫度以及光照強度的波動變化，一般情況下，新能源在接入電網的過程中，其電網短路容量和電網的健壯性是成正比的，也就是說其電網短路容量越大，則光伏發電站的功率波動和由于其啟停所導致的接入點電壓波動、閃變也就越小。針對這一情況，我們在新能源發電站接入薄弱電網的時候，需要對合理的并網點以及電壓等級進行選擇。

2.2 電網頻率方面的影響

在電力系統運行的過程中，頻率異常是比較少見的情況。以光伏發電來說，在其發電站容量比較小的時候，即使在多臺機組投切時也不會導致電網頻率越限。但是由于新能源發電過程中，其機組出力是具有一定隨機性的，因此伴隨著電網總發電量中新能源發電量比例的不斷提升，電網中是有可能出現頻率波動的，實踐及理論也很好地證明了這一點，這種電網頻率的問題會對電力系統以及其用戶造成不好的影響。

以風力發電為例進行分析，電網中風電場功率波動的影響可以看做一個傳遞函數，也就是風電場的輸出功率波動和火電機組轉速變化的傳遞函數，因此在構建風電功率波動對電網系統頻率影響的評估模型中，當頻率波動為0.1～1.0Hz的時候將會給電網產生最大的影響。此外，在機組穿透率取為18%的時候，其最大頻率偏差和限值是非常接近的，而穿透率取為5%的時候，頻率偏差的最大值則取為－0.116Hz，相應頻率偏差的有效值則是0.08Hz，因此，在大規模新能源發電并網過程中，我們要對新能源發電出力的間歇性以及波動性進行充分的考慮，并將新能源發電功率預測和電網運行調度計劃相結合，這樣才能夠降低其對于電網頻率方面的影響。

2.3 電網諧波方面的影響

一般來說，新能源并網發電站可以分為并網風電場以及并網光伏發電站這兩類，由于并網光伏發電站逆變器中IGBT物理特性、逆變器使用脈寬調制控制方法過程中自身特性等因素的影響，并網光伏電站在運行的過程中將會出現一定的電壓電流諧波，給電網的電能質量造成比較大的影響。而且導致這種諧波污染的因素比較多，舉例來說，類似于自然光照強度變化、物體的陰影效應以及浮云的陰影效應等在內的光照強度變化都會使其輸出功率出現波動間歇變化以及諧波污染。具體的發電過程中，電流諧波畸變率比較大的時間多處于處理較多的凌晨、傍晚或者多云的中午。

至于風力發電，在風電場并網時的過程中，使電網產生諧波的主要原因有：風力發電機組中存在的電力電子裝置會導致諧波的產生；風電場中線路電抗和并聯補償電容器在產生諧振之后也導致諧波的產生。當前在這方面的研究主要集中在風電場機組屬于全功率變頻變速風電機組這一方面，其開關頻率以及調制方式將會對電流諧波造成比較大的影響。具體來說，全功率變頻風機組在不同的脈寬調制方式中電流諧波分布存在著很大的不同，定開關頻率調制方面，當前處于開關頻率或者開關頻率倍頻的時候將會導致峰值諧波，而在變開關頻率調制方面，其間諧波以及整次諧波頻帶則比較寬。

除此之外，導致新能源并網過程中產生諧波的因素還有不對稱故障形成的負序電壓和其自身電壓諧波，其諧波的特性主要決定于變流器控制策略。通過PSCAD/EMTDC對IARC Instantaneous Active Reactive Control）以及ICPS（In-stantaneous Controlled Positive-Sequence）這兩類控制策略進行故障特性測試以后可以發現：控制策略在t=0.5s出現不對稱故障以后，二者變流器的輸出電流都會形成較為明顯的諧波。

針對這一方面，依照系統以及負荷的參數對參考諧波阻抗進行確定，再通過PCC點的諧波電流測量值對用戶諧波電壓發射水平進行估計，能夠幫助我們更好地處理新能源并網過程中電壓電流的諧波問題，對于諧波污染的監測和治理有著非常積極的意義。

3 結語

針對新能源并網過程中的電能質量問題，我們可以從以下幾個角度入手：對新能源裝置性能進行改善，比如使用性能更好地電力電子裝置、利用電能質量治理裝置、進行儲能裝置的配備以及提升風電機組低電壓運行能力；對系統接納新能源的能力進行提升，比如使用更為先進的FACTS技術、提升電網的智能性等。整體來說，這方面的研究還處于一個初級階段，未來的路還有很長，因此需要我們工作人員對其進行不懈學習和探索。

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（責任編輯：王書柏）