新能源并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析

肖予普

摘 要：隨著時(shí)代與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源在電力行業(yè)也得到了廣泛應(yīng)用，但由于新能源分布的范圍廣而且分布的不均勻，導(dǎo)致了并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在著間斷性與不穩(wěn)定性，不利于發(fā)電系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行。本文將對(duì)新能源并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)的一些影響進(jìn)行詳細(xì)地闡述。

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

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）16-0155-02

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展下，人們的生活水平得到了一定程度上的提高，因此，對(duì)于電量的使用也有了新的要求，這也是我國(guó)電力行業(yè)要面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。雖然我國(guó)已經(jīng)將新能源并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)用到電力事業(yè)中，但其在實(shí)際使用中還存在著一些問(wèn)題，特別是對(duì)電能質(zhì)量有著一些影響。

1 新能源并網(wǎng)發(fā)電影響電網(wǎng)電壓

1.1 新能源并網(wǎng)發(fā)電對(duì)饋線穩(wěn)態(tài)電壓的影響

在電力系統(tǒng)中，配置的動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備不多，通常是使用改變有載調(diào)壓變壓器的分接頭和投切電容器來(lái)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的使用，會(huì)導(dǎo)致新能源發(fā)電在電網(wǎng)中占據(jù)比較大的比例，并且由于其發(fā)電功率所具有的波動(dòng)性，會(huì)使得線路中的負(fù)荷潮流發(fā)生較大的變化，從而不能很好地進(jìn)行控制、調(diào)整電網(wǎng)正常運(yùn)行中的電壓，最終導(dǎo)致現(xiàn)有的調(diào)壓方案無(wú)法對(duì)新能源并網(wǎng)中的電壓起到應(yīng)有的作用。通過(guò)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的研究可以得出，如果按照原本的調(diào)壓方案來(lái)控制新能源并網(wǎng)中的電壓，就會(huì)降低用戶使用的側(cè)電壓水平，無(wú)法滿足人們對(duì)電力使用的要求。因此，要根據(jù)實(shí)際情況，積極改進(jìn)調(diào)壓方案，使其對(duì)新能源并網(wǎng)中的電壓發(fā)揮出調(diào)控作用。

新能源發(fā)電穿透功率、輸電線路阻抗以及接入電網(wǎng)短路容量共同決定著電網(wǎng)與新能源發(fā)電站公共銜接點(diǎn)的電壓穩(wěn)態(tài)狀況。通過(guò)對(duì)某一地區(qū)50MW風(fēng)電場(chǎng)公共銜接點(diǎn)電壓在風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)性影響下得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，可以看出風(fēng)電場(chǎng)輸出的功率在一定程度上支撐著電網(wǎng)中的電壓。風(fēng)電場(chǎng)輸出的功率可以分為有功和無(wú)功，有功輸出越多，電壓支撐的就越強(qiáng)；而無(wú)功輸出對(duì)電網(wǎng)的影響基本控制在0.5～1.0Mvar范圍內(nèi)[1]。

1.2 新能源并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)與閃變的影響

風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能的一種發(fā)電形式，但在與水電、火電等傳統(tǒng)的常規(guī)能源比較下，其發(fā)電能力會(huì)受到風(fēng)力的強(qiáng)弱、大小甚至是方向的影響，因此，其具有波動(dòng)性的特點(diǎn)，同時(shí)，由于人們基本上不能對(duì)風(fēng)力進(jìn)行有效地控制，所以它還具有隨機(jī)性和不可控制性等鮮明特征。

當(dāng)這種具有波動(dòng)性與間接性的風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電并入到電網(wǎng)之中，對(duì)其電量的控制就會(huì)變得非常困難。同時(shí)，這些不穩(wěn)定的、難以控制的電量一旦并入到電網(wǎng)中，就會(huì)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來(lái)強(qiáng)大的電流沖擊，從而導(dǎo)致電網(wǎng)波動(dòng)、電網(wǎng)頻率偏差以及電網(wǎng)閃變等現(xiàn)象的出現(xiàn)，并會(huì)引起饋線中潮流出現(xiàn)變更，對(duì)無(wú)功特性以及穩(wěn)態(tài)電壓分布造成一定的影響，加大電網(wǎng)的調(diào)峰容量余度和不可控制性。若是電網(wǎng)中的調(diào)峰容量較小，就會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的阻礙。以風(fēng)電場(chǎng)為例，如果風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力很差或者說(shuō)是根本沒(méi)有這種能力，那么當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)電壓降低到一定程度時(shí)，電網(wǎng)很容易發(fā)生瞬間故障的狀況，使得電網(wǎng)無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，會(huì)給人們的生活帶來(lái)許多麻煩。接入點(diǎn)電網(wǎng)的短路容量、電壓等級(jí)、電源類型、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量與控制方式以及并網(wǎng)容量等因素都會(huì)對(duì)電壓帶來(lái)一定的問(wèn)題。因此，在保證新能源并網(wǎng)中光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)均具有并網(wǎng)技術(shù)性能的基礎(chǔ)上，新能源并網(wǎng)系統(tǒng)中的電網(wǎng)必須具有電量接納能力以及充足的調(diào)峰容量。在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，最重要的就是動(dòng)態(tài)無(wú)功功率調(diào)整以及有功功率調(diào)整功能，同時(shí)，光伏電站與風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)中也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無(wú)功損耗的問(wèn)題，因此，新能源并網(wǎng)中的發(fā)電系統(tǒng)還需要具備無(wú)功補(bǔ)償功能。只有具備這些功能，才能有效地應(yīng)對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行中電壓方面出現(xiàn)的問(wèn)題，從而促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定、高效的進(jìn)行工作。

2 新能源并網(wǎng)發(fā)電影響電網(wǎng)頻率

電網(wǎng)頻率出現(xiàn)異常的狀況在電力系統(tǒng)運(yùn)行中是基本不會(huì)發(fā)生的，比如在具有較小容量的光伏發(fā)電站中即便是多臺(tái)發(fā)電機(jī)組共同投切時(shí)，電網(wǎng)頻率也不會(huì)超出規(guī)定的限度。但在新能源發(fā)電站的并網(wǎng)發(fā)電中，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)電容量在電網(wǎng)中總的發(fā)電量所占有的比例不斷擴(kuò)大后，由于新能源發(fā)電機(jī)組具有著比較大的隨機(jī)性，電網(wǎng)內(nèi)的頻率可能會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，從而對(duì)電力系統(tǒng)本身還有用戶都會(huì)造成嚴(yán)重的影響。將風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響轉(zhuǎn)換成火電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化和風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率波動(dòng)的一種傳遞函數(shù)，并建立起風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)頻率進(jìn)行評(píng)估的一個(gè)模型，通過(guò)模擬、運(yùn)算，從而得出火電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)在0.01～1.0赫茲區(qū)間內(nèi)的功率波動(dòng)，會(huì)對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)生非常大的影響。

為了研究新能源發(fā)電站接入后對(duì)小電網(wǎng)頻率產(chǎn)生的影響，可以建立一個(gè)火電廠單機(jī)等效的模型，并利用在風(fēng)電場(chǎng)中實(shí)際測(cè)量出來(lái)的功率數(shù)據(jù)對(duì)具有不同穿透功率下的電網(wǎng)頻率變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以每臺(tái)1.5MW新能源發(fā)電機(jī)組功率為例，假設(shè)電網(wǎng)頻率偏差是在0.5赫茲的范圍內(nèi)，可以計(jì)算出頻率偏差會(huì)在新能源發(fā)電機(jī)組具有18%的穿透率時(shí)最接近限定的范圍值。因此，在新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，為了有效地應(yīng)對(duì)電網(wǎng)中大規(guī)模新能源的使用，必須要對(duì)新能源發(fā)電的間歇性與波動(dòng)性進(jìn)行詳盡的研究，把對(duì)新能源發(fā)電功率的預(yù)測(cè)和對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度計(jì)劃結(jié)合在一起，嚴(yán)格監(jiān)控電網(wǎng)的頻率，以保障新能源發(fā)電系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，從而滿足人們的生產(chǎn)生活需要[2]。

3 新能源并網(wǎng)發(fā)電影響電網(wǎng)諧波

新能源并網(wǎng)發(fā)電站主要有并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)與并網(wǎng)光伏發(fā)電站兩種，在光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，使用最廣泛的就是電力電子裝置。但在使用這種裝置的過(guò)程中，會(huì)有許多問(wèn)題的出現(xiàn)。并網(wǎng)光伏逆變器本身是采取脈寬調(diào)制的控制方法，同時(shí)，它具有絕緣柵雙極型功率開(kāi)關(guān)的物理特點(diǎn)，這就會(huì)導(dǎo)致電壓電流諧波在并網(wǎng)光伏發(fā)電站的運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生，并且由于光照強(qiáng)度以及照射的角度發(fā)生變化，如浮云的陰影效應(yīng)、自然光照的強(qiáng)度改變以及物體的陰影效應(yīng)等，都會(huì)導(dǎo)致光伏發(fā)電站輸出功率的波動(dòng)間歇發(fā)生變化，從而造成電網(wǎng)諧波的污染。通過(guò)研究并網(wǎng)光伏發(fā)電站的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)凌晨與傍晚的電流諧波畸變率較以往大，若是中午云量比較大的話，電流諧波畸變率也會(huì)有所上升。

造成并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)中的電網(wǎng)諧波出現(xiàn)的原因主要有以下兩方面：一是風(fēng)電場(chǎng)的并聯(lián)補(bǔ)償電容器和線路電抗發(fā)生諧振而導(dǎo)致諧波產(chǎn)生，可以分為恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)諧波與變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)諧波，恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是要通過(guò)電力電子裝置在軟啟動(dòng)階段與電網(wǎng)進(jìn)行直接的相連從而導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生，而變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是要依靠逆變和整流裝置才能與電網(wǎng)系統(tǒng)相接，并且若是電力電子裝置切換的頻率剛好在會(huì)產(chǎn)生諧波的范疇里的話，產(chǎn)生的諧波會(huì)造成非常嚴(yán)重的影響；二是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身所具有的電子設(shè)備會(huì)造成諧波出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中全功率變頻的變速發(fā)電機(jī)組進(jìn)行研究，可以看出其調(diào)制的方式與開(kāi)關(guān)的頻率是影響電流諧波大小的關(guān)鍵因素。定開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制一般是在開(kāi)關(guān)頻率或者是開(kāi)關(guān)頻率的倍數(shù)前后會(huì)出現(xiàn)諧波的高峰數(shù)值，但變開(kāi)關(guān)頻率的調(diào)制是有著比較寬的間諧波與整次的諧波頻帶[3]。

4 新能源并網(wǎng)發(fā)電導(dǎo)致孤島狀況出現(xiàn)

在電網(wǎng)壓力減小后，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電并不會(huì)停止向電網(wǎng)供電，還是會(huì)為一些失去壓力的電網(wǎng)繼續(xù)供電。這樣就需要互相之間將本地負(fù)載連接結(jié)合在一起，使其達(dá)到一個(gè)新的供與需相對(duì)平衡的狀態(tài)，以保障其可以獨(dú)立地運(yùn)行，因此，孤島現(xiàn)象也就出現(xiàn)了。在孤島情況下，電網(wǎng)中的電壓與頻率并不受大電網(wǎng)的調(diào)控，無(wú)法獲得大電網(wǎng)的支持，若是發(fā)電側(cè)輸出功率或者是負(fù)荷側(cè)負(fù)載發(fā)生了變化，那么就會(huì)對(duì)電網(wǎng)的供需平衡造成一定的影響，從而導(dǎo)致電網(wǎng)中的電壓與頻率經(jīng)常出現(xiàn)一些波動(dòng)的狀況。在孤島狀況中，若是供電大于人們的需求，那么電壓與頻率的波動(dòng)空間就會(huì)超出電網(wǎng)的安全范圍，會(huì)嚴(yán)重的影響到相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)用；若是供電小于人們的需求，那么情況的變化就會(huì)在負(fù)載容量中表現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)容量超出了一定的可承受范圍時(shí)，變運(yùn)器中就會(huì)出現(xiàn)超速負(fù)荷的狀況，就會(huì)使得逆變器中產(chǎn)生了過(guò)高的溫度，從而導(dǎo)致了起火狀況的發(fā)生。這種情況下，工作人員在對(duì)逆變器進(jìn)行維修時(shí)需要面臨很大的威脅，甚至?xí)＜八麄兊娜松戆踩?。在孤島現(xiàn)象中，自動(dòng)跳閘的情況基本上是在線路系統(tǒng)中出現(xiàn)，所以，即使是將電路的電閘重新合上，它也不會(huì)起到任何的作用。因此，新能源并網(wǎng)發(fā)電帶來(lái)的孤島現(xiàn)象，不僅會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成危害，還會(huì)威脅著廣大人民群眾的安全。所以，在將新能源與電網(wǎng)合并之前，必須對(duì)電力的調(diào)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查、考核，并且使光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都具有預(yù)測(cè)功率的功能，這樣才能保證電力系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運(yùn)行。

5 新能源并網(wǎng)發(fā)電并沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

新能源的分布范圍比較廣，而且分布的并不均勻，這也就使得我國(guó)暫時(shí)還沒(méi)有一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的新能源并網(wǎng)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，只能統(tǒng)一部分大中型新能源并網(wǎng)系統(tǒng)中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，新能源并網(wǎng)檢測(cè)的技術(shù)也并不統(tǒng)一，其中還存在著一些問(wèn)題需要解決。因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)與完善系統(tǒng)的檢測(cè)與認(rèn)證。

實(shí)際上，我國(guó)目前對(duì)于大中型新能源并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量、運(yùn)行、電網(wǎng)調(diào)度、穩(wěn)定性與安全性等方面的影響并沒(méi)有專業(yè)性的探討，對(duì)于一些技術(shù)性的問(wèn)題，包括電網(wǎng)接納能力等，也沒(méi)有相關(guān)的結(jié)論。同時(shí)，在接入系統(tǒng)的電能質(zhì)量、低電壓穿越能力和有功或者是無(wú)功的控制能力等方面的檢測(cè)中，檢測(cè)的方法也存在著一定的問(wèn)題，包括對(duì)逆變器、雙向計(jì)量設(shè)備、控制器、輸配電設(shè)備以及系統(tǒng)安全運(yùn)行等方面的測(cè)試。隨著大中型新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的使用，會(huì)對(duì)電量調(diào)度運(yùn)行、電網(wǎng)的接納能力以及相關(guān)的政策措施等方面提出更高的要求，因此，我國(guó)要不斷發(fā)展科學(xué)技術(shù)，盡快建立統(tǒng)一的新能源并網(wǎng)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)，完善對(duì)電力系統(tǒng)的檢測(cè)，保證其在滿足人們的需求下安全、高效地運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)雖然可以滿足人們對(duì)于用電的需求，但由于我國(guó)相應(yīng)的技術(shù)水平較低，其對(duì)電網(wǎng)中的電壓、頻率、諧波等方面存在著一些不好的影響，威脅著電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，相關(guān)部門要加大對(duì)技術(shù)的研究力度，建立統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)并不斷完善，從而促進(jìn)電力企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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