新能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響

鄭希如

摘要：近年來，中國(guó)大力發(fā)展太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等清潔可再生資源。新能源接入原有配電網(wǎng)，改變了配電網(wǎng)單向供電方式。由于新能源的間歇性和不確定性，新能源并網(wǎng)后，原有電網(wǎng)的質(zhì)量將受到影響。為此，簡(jiǎn)要分析了電能質(zhì)量的含義，探討了新能源并網(wǎng)所引起的電網(wǎng)電壓偏差和諧波，這些因素影響了電力系統(tǒng)的運(yùn)行頻率，造成了信息孤島，影響了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：新能源并網(wǎng); 電力系統(tǒng); 電能質(zhì)量

導(dǎo)言：以風(fēng)電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能為主導(dǎo)的新能源是我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容和組成部分，是中國(guó)未來能源結(jié)構(gòu)的基石。光伏發(fā)電是一種新能源開發(fā)技術(shù)成熟、規(guī)模化開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式，符合我國(guó)產(chǎn)業(yè)政策和能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，有利于改變山西省傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)山西省能源的可持續(xù)發(fā)展能源供應(yīng)多元化，對(duì)改善地方電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有積極作用。由于其并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出具有間歇性和不確定性的特點(diǎn)，大規(guī)模的新能源整合對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響很大，主要體現(xiàn)在電網(wǎng)諧波、電壓波動(dòng)、電壓不平衡等方面。

1電能質(zhì)量

在電能質(zhì)量概述上，不同國(guó)家根據(jù)各自的需要對(duì)電能質(zhì)量有不同的要求。對(duì)供電企業(yè)來說，電能質(zhì)量是指企業(yè)提供的電能各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，為電力用戶提供安全可靠的電能;對(duì)電力用戶來說，電能質(zhì)量是指用戶能夠保證用電的電能質(zhì)量在用電過程中不受干擾。一般用電壓、頻率和波形來測(cè)量。對(duì)于電氣設(shè)備制造商來說，他們生產(chǎn)的電力設(shè)備質(zhì)量直接關(guān)系到電能質(zhì)量。根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，電能質(zhì)量分為電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量和供電質(zhì)量。

電壓質(zhì)量主要是根據(jù)預(yù)置電壓與實(shí)際輸出電壓的偏差來判斷供電企業(yè)消耗的電能質(zhì)量，包括電壓偏差、三相不平衡、頻率偏差、過電壓、欠壓、電壓諧波、電壓波動(dòng)等。電流質(zhì)量包括電流諧波、陷波等。供電質(zhì)量包括技術(shù)和非技術(shù)兩個(gè)方面。非技術(shù)方面是供電公司對(duì)用戶投訴如電價(jià)、供電服務(wù)等的反應(yīng)速度;技術(shù)方面是電壓的質(zhì)量和可靠性。

2新能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響

2.1新能源并網(wǎng)造成電網(wǎng)電壓偏差

近年來，太陽(yáng)能發(fā)電得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。然而，太陽(yáng)能光伏發(fā)電容易受季節(jié)、日照和溫度的影響。晴天和陰天在光照、溫度等方面存在一定差異，因此光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力也不同，導(dǎo)致輸出功率和電壓變化較大。風(fēng)力發(fā)電受風(fēng)速等方面的影響，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行功率受到影響，造成電壓閃變和波動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電廠一般建在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。同時(shí)，新能源發(fā)電設(shè)備在啟停過程中的輸出功率將出現(xiàn)較大波動(dòng)。新能源容易受到外界因素的影響，導(dǎo)致輸出電壓的變化。如果并網(wǎng)，新能源所占比重比較大，將進(jìn)一步提高調(diào)壓難度。目前，電力系統(tǒng)采用開關(guān)電容器和LTC分接開關(guān)進(jìn)行調(diào)壓。然而，新能源并網(wǎng)后，這種傳統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方式已經(jīng)不能滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

2.2新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)頻率的影響

電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本要求，也是企業(yè)、公用事業(yè)和群眾安全可靠用電的保證。通過對(duì)光伏電站頻率的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光伏發(fā)電量占比較小時(shí)，電網(wǎng)頻率正常;當(dāng)發(fā)電量占比過大時(shí)，電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)較大，影響電網(wǎng)正常運(yùn)行，給人民生產(chǎn)生活用電帶來不利影響。在風(fēng)力發(fā)電方面，發(fā)現(xiàn)0.01hz至1.0hz之間的功率波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響最大，不利于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了減少新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)頻率的影響，既要保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行，又要滿足大量新能源發(fā)電的需求。要充分考慮新能源發(fā)電不穩(wěn)定的特點(diǎn)，減少新能源發(fā)電對(duì)電網(wǎng)頻率的不利影響。

2.3新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)諧波的影響

光伏發(fā)電并網(wǎng)后，由于其輸出功率不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。下面逐一進(jìn)行分析。一是潮流方向的變化。各地光伏發(fā)電的發(fā)展情況不盡相同，這與當(dāng)?shù)靥鞖饷芮邢嚓P(guān)。因此，光伏發(fā)電的位置和容量也不同。一旦光伏并網(wǎng)容量過大，即光伏發(fā)電規(guī)模大，輸出功率大。并網(wǎng)時(shí)獲得的輸入功率很大，導(dǎo)致電壓升高。如果電壓超過一定值，會(huì)使潮流發(fā)生逆轉(zhuǎn)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成很大影響，阻礙電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。二是電壓波動(dòng)。光伏發(fā)電作為電力系統(tǒng)的動(dòng)力源之一，其波動(dòng)直接影響電網(wǎng)電壓，導(dǎo)致電壓波動(dòng)。第三，諧波失真。光伏發(fā)電系統(tǒng)將使用大量的電力電子變換器，其作用是將光伏發(fā)電的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，方便電力的輸送和利用，但并網(wǎng)后會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流。這些諧波電流波形不穩(wěn)定，電抗器和電容器的諧振特性加強(qiáng)了諧波失真。通過以上幾點(diǎn)，光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量有很大影響。產(chǎn)生諧波的主要原因之一是風(fēng)電系統(tǒng)中補(bǔ)償電容器和電抗在運(yùn)行過程中相互作用，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響，這也是產(chǎn)生諧波的主要原因之一。二是不對(duì)稱故障引起的電壓諧波。三是風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的諧波。

2.4新能源并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)信息孤島問題

新能源并網(wǎng)后，太陽(yáng)能光伏發(fā)電機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為配電網(wǎng)供電。因此，有必要將新能源發(fā)電系統(tǒng)與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電銜接起來，使配電網(wǎng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)，保證電網(wǎng)的獨(dú)立運(yùn)行。由于新能源發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的小功率電源，不屬于同一個(gè)設(shè)備制造商，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。新能源系統(tǒng)不受電網(wǎng)監(jiān)管。如果不按實(shí)際配電網(wǎng)負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)造成嚴(yán)重的居民配電網(wǎng)負(fù)荷浪費(fèi)。如果配電網(wǎng)提供的電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于居民的實(shí)際需求，電網(wǎng)的負(fù)荷就會(huì)增加。一旦負(fù)荷超過電網(wǎng)的極限值，逆變器的溫度會(huì)迅速上升，容易引起逆變器火災(zāi)，威脅居民的安全。

3優(yōu)化新能源發(fā)電并網(wǎng)策略

3.1加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量的控制

通過綜合分析新能源發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響，提出根據(jù)影響電能質(zhì)量的主要因素對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。一是電壓閃變和波動(dòng)。在電路中安裝有源電力濾波器以平衡并網(wǎng)電壓波動(dòng)，并安裝動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。另一種是通過安裝靜止無功補(bǔ)償器來降低諧波的影響。

3.2完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

新能源具有環(huán)保和可再生的優(yōu)勢(shì)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。新能源發(fā)電涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，而新能源發(fā)電的并網(wǎng)更為復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題。要不斷加強(qiáng)新能源發(fā)電并網(wǎng)研究，不斷完善新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決新能源并網(wǎng)存在的問題，減少并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的不利影響電力系統(tǒng)。同時(shí)，要學(xué)習(xí)研究電力信息通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，做好電力系統(tǒng)智能化管理，及時(shí)監(jiān)測(cè)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響，不斷優(yōu)化新能源并網(wǎng)技術(shù)，減少諧波和電壓波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的危害，保證新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)

隨著傳統(tǒng)能源供應(yīng)的日益緊張和人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，新能源的開發(fā)受到世界各國(guó)的重視。由于新能源的發(fā)展還處于初級(jí)階段，在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在諸多問題，阻礙了新能源發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。我們要高度重視新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的研究，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電氣自動(dòng)化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新能源并網(wǎng)發(fā)電的智能化管理，提高新能源發(fā)電在電網(wǎng)中的比重，使新能源發(fā)電在電網(wǎng)中的比重不斷提高以減少傳統(tǒng)能源發(fā)電帶來的環(huán)境污染問題，減少珍貴的不可再生能源的浪費(fèi)，確保新能源發(fā)電展覽會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]安向勇，張立偉，樊習(xí)英，等.新能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2018，8（16）：49-50.

[2] 陳玫珊.淺析新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響[J].電力系統(tǒng)裝備，2018，（1）：140-141.

[3] 趙彥，王思皓.新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究[J].電力系統(tǒng)裝備，2017，（10）：123-124.

[4]杜梅，葉濤.新能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響[J].數(shù)字通信世界，2019，（7）：144-145.

[5]中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB50797-2012光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2019.

[6]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波[S].北京：中國(guó)電力出版社，2018.