新能源發電與電能質量問題淺析

沈 洋，趙志剛

（沈陽工程學院 電力學院，遼寧 沈陽110136）

1 新能源發電的概述

發展新能源、加強環境保護成為世界各國的重要發展戰略［1］。世界各大經濟體都紛紛推出了新能源的發展規劃，以新動力來促進世界的經濟發展。將新能源即可再生資源進行轉化，如，太陽能、風能、水能等資源轉化為電能或清潔的燃料，再應用電力技術將一次能源轉換為高效清潔、運輸使用方便的二次能源供人們使用，并通過不斷改進新能源，來控制環境污染現象。

2 新能源發電的工作原理以及發電機的結構

2．1 風力發電的工作原理以及發電機結構

風能是大自然的能源，是取之不盡、用之不竭的能源，利用風能發電可以避免能源枯竭的危機。風能主要是利用風力帶動風輪轉動，將風能轉變為機械能，在風輪軸的帶動下將機械能轉換為電能，實現風力發電。風力發電機主要由風輪、調向器、限速的安全機構、發電機、塔架、儲存能源的裝置等組成［2］。

風力發電機種類很多，如，橫軸式三葉片風輪發電機。該風力發電機在大型風力發電廠應用極為廣泛，其風輪轉動速度較為緩慢，而且發電機是采用福鼎的速度轉動實現能源轉換的，主要有兩種轉速，風力較強的時候，轉動速度為高速，風力較弱的時候，轉動速度為低速。這種大型的定速風力發電機主要采用感應式異步發電機的結構，能直接產生配網用電頻率的交流電。除此之外，還有很多風力發電機是變速的，變速風力發電機的結構主要是利用風輪能轉動再通過變速箱傳送至機艙的風力發電機，而且變速風力發電機的動力效率大多改善過，直接提升了風力發電機的運行效率，產生更多的電力能源，而且，在弱風下風力發電機的噪聲會更低，將產生的電力能源通過變壓器的升壓作用，供配電網供電，為人們提供電能［3］。

2．2 太陽能發電的工作原理以及發電機結構

相比風能來說，太陽能更具持久性。目前，太陽能發電中主要有光熱發電和光伏發電，相比之下光伏發電更有發展空間。正常情況下太陽能發電很少使用光熱發電，大多都采用光伏發電，如使用極其廣泛的太陽能電池。太陽能電池在受到太陽光照射后，電子將會由正電極向負電極移動，而空穴也將會由負電極向正電極移動，從而形成電流，實現發電的作用。太陽能發電系統主要由太陽能電池板、蓄電池、控制器以及逆變器等部分組成。

太陽能發電是利用太陽能電池板來接收太陽光而產生電能的，然后將產生的電能存入蓄電池中，這時逆變器將直流電轉變成交流電，從而實現對電器供電，或是將產生的交流電直接輸送到配電網中實現對人們供電。

3 新能源發電的電能質量問題

3．1 諧波問題

新能源發電中產生的諧波主要有發電機自身的配備、發電機并聯補償電容器與線路電抗之間發生的諧波電流，諧波電流對電能的質量造成嚴重的影響，甚至會引發電能事故。諧波不是固定的，是隨著用電環境變化的，而且，再加上配電網的復雜性，很有可能將諧波電流放大產生諧振，對電力系統造成極大的損害。

3．2 閃變的問題

在當今的風力發電系統中，大多都是采用軟并網方式的發電機組，在發電機組啟動過程中會產生大量的沖擊電流，造成電力系統閃變的問題。當實際的風速超出限定的風速時，風力發電機自動運行，如果所有風力發電機同時動作，對配電網產生的沖擊就會非常明顯，使得電網出現閃變的問題。

4 新能源發電電能質量問題的控制措施

4．1 諧波的抑制措施

諧波問題不僅對電場造成極大的危害，還對電力系統造成嚴重的影響，因此，應做好新能源發電中諧波電流的控制。當發電廠利用電力電子轉換器發電機組時，要做好對電場注入系統的諧波電流相應的抑制措施，諧波注入電流需要滿足公共電網諧波（GB／T145149）的要求。在發電廠向配電網中注入諧波電流時，需要參考發電廠裝機的容量與供電公共連接點上的諧波源發電和供電設備的總容量的比值進行相應的分配，這樣才能有效地控制新能源發電出現的諧波問題。另外，在使用新能源發電的過程中，要盡量避免采用單一的發電機，這樣會使局部諧波電壓過高而對發電系統造成一定的威脅。要盡量采用不同種類型的發電機進行混合配置，以有效對諧波電流進行控制，促進新能源發電的安全有效運行。

4．2 閃變問題的控制措施

風力發電廠出現的閃變問題也會對電網造成極其嚴重的影響，因此，要針對風力發電廠的閃變問題做好相關的控制措施。首先，風力發電廠接入的公共連接點處的閃變干擾值必須滿足電能質量、電壓允許波動和閃變（GB12326－2000）的要求，而且，風力發電廠由于發電所引起的短時間和長時間的閃變值，必須按照風力發電廠裝機的總容量與供電公共連接點干擾源的總容量之間的比值進行相應的分配，這樣才能有效地控制發電中出現的閃變問題。

5 新能源發電的發展趨勢

5．1 風力發電的發展趨勢

在新能源發電中，風力發電是主要新能源之一，占新能源發電的比重較大。2000年，全世界的風力發電裝機容量大概只有8 000 MW，到2010年全世界的風力發電裝機容量達到100 GW，到2013年全世界的風力發電裝機容量已達到310 GW。通過對近幾十年全世界風力發電裝機容量的分析，預計在未來的20年里它將會以每年30%的裝機容量遞增。2013年，我國的風力發電裝機容量已達到4 900 MW，新能源風力發電為我國電力事業做出了巨大的貢獻，更為人們日常生活、生產以及工作創造了更多的電力能源。預計在未來的幾年里，我國的風力發電裝機容量將會以現有的20%遞增，到2020年風力發電裝機容量預計能增長140%。

5．2 太陽能發電的發展趨勢

太陽能與風能一樣都是世界新能源之一。相比之下太陽能發電要比風力發電應用更廣泛。風力發電大多數都用于發電廠，而太陽能發電不僅局限在發電廠，同時還通過高科技研發出太陽能電池，被人們廣泛應用。尤其是美國推出光伏計劃以及日本推出新能源計劃以來，太陽能發電的發展更為迅速。2013年，全世界太陽能光伏發電裝機容量已達到48 GW，預計到2020年，全世界光伏發電裝機容量將突破220 GW。2013年，我國太陽能光伏發電裝機容量也已達到2 400 MW，預計到2020年我國太陽能光伏發電裝機容量將突破3 100 MW，這無疑會給我國電力事業發展做出巨大的貢獻。

6 結束語

本文主要針對于新能源發電與電能質量問題進行了分析和研究。新能源發電對于社會的發展具有非常重要的意義，但是，在利用新能源發電的過程中，需要解決電能質量的問題，只有為用戶提供高質量的電能，才能夠促進電力行業的長遠發展。

［1］ 張紅光，張粒子，陳樹勇，安 寧．大容量風電場接入電網的暫態穩定特性和調度對策研究［J］．中國電機工程學報，2007，（31）：45－51．

［2］ 戴慧珠，王偉勝，遲永寧．風電場接入電力系統研究的新進展（英文）［J］．電網技術，2007，（20）：16－23．

［3］ 馬昕霞．風力發電并網技術及其對電能質量的影響［J］．上海電力學院學報，2006，（03）：283－286．

［4］ 董 鍇，易仕敏，鄭 鋼．風力發電研究現狀與接入系統后的影響分析［J］．廣東電力，2009，（09）：17－20．