新能源并網對電能質量的影響

徐嘉瑋

（蘇州科技大學天平學院，江蘇 蘇州 215009）

1 新能源發展的概況

新中國成立后，經濟建設作為我國的重要任務之一，對煤、石油等化石資源的需求顯著增加。隨著電能的廣泛應用，煤炭作為當時最易獲取的資源，在很長的一段時間里，火力發電成為了最主要的發電方式。隨后，我國的經濟發展速度得到了世界的認可，但在發展過程中能源的使用量增加一倍。由于使用了不成熟的發電技術和環境治理技術，能量轉化效率較低，且煤炭的過度使用排放了大量的有毒物質。

經濟發展和環境保護之間的不協調問題日益突出，經濟發展步伐明顯遲緩，為此我國提出了可持續發展戰略，不斷促進能源改革，改良發電技術提高能源轉化率，并大力開發新能源，使環境和經濟共同發展。目前，我國已形成多種能源結合的多元化能源體系。2012年，水電、風電、核電、太陽能等能源占一次能源消費比重已達到8.3%[1]。

2 新能源并網對電能質量影響的具體表現

2.1 對電壓的影響

光伏發電利用太陽輻射的光能和熱能發電，易受到光照和溫度等因素的影響。在不同的時間不同的地點，由于光照和溫度不同，導致發電功率發生較大變化，引起電壓的改變。風力發電是利用風力機組將風流動的動能轉化為電能，受風力條件影響較大。為了減少這種影響，一般將風力發電廠建立在風速較大相對穩定的地點。電壓產生波動和閃變的主要原因是輸出功率的影響。在電力系統中，新能源機組會在開啟、停止的運行過程中產生波動，電網同樣也容易產生閃變和波動。閃變和波動程度與電網的短路容量比有關，因此需選用合適的線路阻抗比，并且使用電能質量抑制器減少對電力系統的沖擊。

2.2 對電能頻率的影響

電能頻率穩定是衡量電網安全平穩運行的一個重要指標。民用和工業用電有不同的頻率要求，是居民正常用電和安全生產的保障。頻率異常在電網的實際應用中并不多見，在發電機容量較低時，對電能頻率的影響較小。但是，在新能源機組大規模并網后，新能源的發電量比例大幅增加，電網中會出現頻率的變化，給電網的安全使用帶來隱患。以目前最廣泛使用的風力發電舉例，風電廠功率波動符合某一函數關系，很小的頻率改變都會對電網造成沖擊。如果機組穿透率為18%，那么最大頻率偏差會接近極限值[2]。要想盡可能減少新能源發電機組發電對電網的沖擊，又要提高使用新能源發電的比重，必須重視風力發電和光伏發電本身的間歇性問題，合理調整，降低其對電網的不良影響。

2.3 對電網諧波的影響

新能源發電站的運行會受到自身和外界的影響，易出現電壓電流諧波，影響電網的電能質量。由并網光伏發電特性可知，光照強度、陰影變化、浮云陰影問題都會導致發電功率的變化，會出現諧波污染和電壓波動的問題。此外，在新能源發電過程中，由于發電機組自身的原因也會產生一定的諧波畸變。為了實現直流電到交流電的轉換，光伏發電系統中會大量使用電子換流器，但這樣會產生電流諧波畸變。這些諧波電流的波形不穩定，電抗器和電容器本身的諧振規律會加重其畸變的程度。同樣，在風力發電系統中也存在電抗器和電容器，而電容和電抗的相互作用產生諧波畸變。以上這些原因導致的諧波電流電壓畸變，給電網的安全穩定運行帶來了隱患。

2.4 對電網運行的影響

在新能源并網前，我國的電力系統是單電源模式。新能源作為電源接入電力系統后改變了這一現狀。新能源和常規能源的相互作用影響電網的穩定性。在新能源比重逐漸加大后，增大了電網發生故障的幾率，也增加了繼電器保護電路的難度，發生故障時無法準確快速地做出保護動作，甚至擴大故障范圍，所以必須改善電網架構。

3 優化電網質量和穩定的措施

3.1 優化對電能質量的控制

由于風能、太陽能等自身的特性，發電系統在不同時段輸出的功率差距較大，對電網的安全運行帶來了危害。為了減少電力系統發生故障的概率，最好在新能源并網處安裝電能質量實時監控裝置，實時監控電力系統中電壓波動、電壓偏差、諧波變化的情況。在不滿足使用要求的情況下，通過安裝有源電壓濾波器和無功功率補償器等[3]措施來改善電能質量。

3.2 發展相關先進技術

限制我國新能源產業發展的一個最重要原因是發電、輸電技術的不成熟。先進的技術可以起到改善發電質量的作用。以光伏發電為例，一方面通過機械自動控制裝置改變太陽能板的工作點來達到發電功率相對恒定的目的，另一方面利用儲能裝置的輸出功率容易控制的特點，實現對功率的調節，但提高了對電池的要求。根據新能源并網規模改善供配電網的拓撲結構，可減小在發生故障后電力系統做出正確反應的難度，使供配電系統更加安全、穩定。

3.3 強化并網管理

多樣化的新能源發電方式并網后管理難度較大。為了更好地管理電力系統體系，相關的技術人員要建立信息管理平臺，對電網電力的數據要做好收集、整理、分析。管理部門要成立專業的管理小組，通過技術手段大規模監控電網，及時發現其中存在的問題并作出改進，記錄電力系統的運行情況，保證電網平穩安全運行。完善的管理體系可以在一定程度上提高用電質量，確保新能源發電及有關產業平穩發展。

4 結 論

隨著化石能源的快速消耗和人們環保意識的提高，新能源開發受到了全世界的重視。中國的新能源產業發展水平走在世界前列，但仍存在阻礙新能源產業持續發展的問題，需要加強技術人員培養，改進新能源發電技術，借助其他行業的先進技術，解決發電過程產生的可能影響電網安全的問題。在發展新興技術的同時，要拓寬新能源產品的市場，凸顯新能源的優勢。