電網電能質量受新能源發電并網的影響分析

山東省建筑設計研究院有限公司 汪其銳 山東醫藥技師學院 孫豐霞

新能源發電具有明顯的時間性與季節性特征，在接入電網時會對電網造成一些不良影響，導致電網的不穩定。因此，對智能電網中新能源發電并網時對電網電能質量的影響進行分析，并進行優化配置消除不良影響，是保證智能電網穩定運行的重要措施[1]。

1 新能源發電概述

1.1 新能源發電并網概述

新能源發電大部分都為分布式電源，分布式電源由美國在1978年提出，是一種較為新型的供電方式，在出現之初主要是為了服務偏遠地區特定用戶的用電需求而建設在用戶附近的小型供電系統。隨著對可再生能源的利用研究，可再生能源發電的比例逐年提高，如風力發電、光伏發電、潮汐發電等的利用，例如在山西大同建設的熊貓光伏發電廠，新能源發電也指這些不穩定的小型發電系統。傳統的新能源發電主要建于用戶附近，能源利用率高，經濟性較強，隨著新能源發電的發電功率越來越高、而新能源發電建設區域一般經濟發展較為不足，電力需求不大，這造成了能源的極大浪費，因此新能源發電有了并網需求。新能源發電雖然不特指可再生能源的發電系統，但我國新能源發電主要由可再生能源發電系統組成，如光伏發電、風力發電等。因此新能源發電的發電功率并不穩定，有一定的時間性與季節性特點，這對新能源發電并網時造成了不良影響[2-3]。

1.2 新能源發電優點與并網分析

新能源發電的位置分布較為合理，離用戶較近，尤其是在邊遠地區的電力利用方面具有較多優勢，相比于傳統的大型供電系統主要有如下優勢：能源利用率高，更節能。新能源發電位于用戶附近，輸電距離近，因此輸電損失也較小，能源利用率高；對環境污染小，更環保。目前新能源發電主要以風能、太陽能、潮汐能、地熱能為主要的發電能源，都是可再生的清潔能源，對環境不構成污染，同時也避免了原料運輸；投資成本低，風險較低。新能源發電的建設非常快，且主要利用自然可再生資源，因此主要為設備投入和人員投入，無資源投入且位于用戶附近無需較大的配電設施投入，投資成本和運行成本都較低，且建設周期短。

新能源發電并網時存在較多不確定因素。如在新能源發電并網前啟動與運行時，要分析用戶的實際需求，與原有的電網相互配合，而新能源發電受環境因素的影響較大，這些不確定因素對并網時造成了較大的壓力。此外，新能源發電輸出還沒有達到50Hz 的標準，因此在進行并網前要對其進行功率轉換以達到并網的要求，新能源并網前要先進行逆變。但電力系統存在相應的非線性負載，電子設備在操作的時會對電網造成影響。

2 新能源并網對電網造成的影響

電力諧波。新能源發電在進行并網時需通過電子電力設備進行功率轉換，而新能源發電的特點決定了其需較為頻繁地啟動與關閉，會產生諧波分量。諧波分量對電網和用戶的影響都較大，如造成諧波污染會導致電壓共振等問題。諧波污染的程度主要受功率變換器的連接、電機繞組、電機接地等因素的影響，如諧波污染程度較大對電網的穩定運行構成威脅，電網調度機構可能會選擇將新能源發電斷開，保證電網的穩定運行。因此在新能源發電安裝時要認真評估分析諧波影響并建立模型進行模擬，以保證新能源發電的質量。

電壓波動。新能源發電并網時供電量如何和所需負荷量可以保持同步調節，其可以抑制電壓波動情況。但如果其供電量與負荷量不匹配則會造成嚴重電壓波動，造成不良影響。新能源發電并網時的接入位置與接入容量也較為重要，如其接入位置和接入容量不合理，同時控制也不到位，可能造成配電線路的負載變化較大，產生潮流變化，造成較大的電壓波動。

電壓穩定性。新能源發電在并網時電網由單電源變為多電源來源，會引發潮流方向與大小的變化，造成電網的穩態電壓發生變化，而新能源發電由于其時間性的特點需要退出電網時，又會再一次對電網造成影響，致使部分節點失去電壓支撐，導致電網的線路出現電能問題。為避免以上影響，新能源發電并網時要保持高功率，這樣在新能源發電退出時不會導致電壓出現較大的波動。但不同的新能源發電并網時對電網電壓造成的影響不同，現階段還沒有更好的方式去避免。

3 電網調度自動化系統與智能電網建設

3.1 電網調度自動化系統

電網指的是包含有輸電設施、變電設施和配電設施的系統集合，電網調度自動化系統就是利用信息技術、計算機技術、控制技術等多種技術根據電網應用的實際情況，對電網進行實時調控的技術。自電網調度自動化系統出現以來，其已經經歷了多個階段的發展：第一階段是上世界70年代以專用機和專用系統為基礎的SCADA 系統；第二階段是上世紀80年代以調度主機雙機備用系統為特點的EMS能量管理系統；第三階段是上世紀90年代以精簡指令計算機的開放式分布EMS 為系統，可支持RISC圖形工作站的分布式系統；第四階段是一臺集合了EMS、DMS、WAMS 以及信息平臺等多個系統的綜合調度系統，也是現階段主要應用的電力調度系統，該系統安全性較高，處理能力較強。但隨著電力市場的不斷增長，信息技術的不斷進步，現有電力調度自動化系統已難以適應未來電網發展的需求，因此對其進行升級與發展勢在必行。

綜合而言，未來電力調度自動化系統將更為智能化，且集成程度與標準性都將進一步提升，將更適應未來社會對電力應用的需求。隨著電網調度系統的發展，電網調度系統越來越向著智能化的方向發展。圖1為新一代智能電網調度系統D5000的解析架構。

圖1 D5000電網調度系統解析架構

現階段我國電網調度自動化系統發展勢頭比較良好，雖仍存在一些問題，但隨著越來越多高素質人才的涌入，且隨著我國電力系統的發展與成熟，電網調度系統的管理方案將變得越來越搞效、信息監控的準確性與實時性將越來越高、電網的穩定性與安全性也將獲得極大的提升。電網調度自動化系統的應用可有效降低新能源發電并網時對電網電能質量造成的影響，但重要的還是智能電網的建設。

3.2 智能電網的特點

智能電網是在物理電網的基礎上發展而來的新電網系統，融合了通訊技術、信息技術、傳感測量技術、控制技術以及計算機技術等多種新型的技術。實現了電網的全自動管理，并可實時監控所有用戶和節點。智能電網的供電效率更高，安全性和可靠性更強，主要有如下特點：

供電穩定性更強。當智能電網出現突發故障時，電網中的設備會啟動保護措施，避免出現大范圍的停電事故。保證多數用戶的用電穩定性。傳統的物理電網在面對自然災害時，一旦停電將是大范圍的停電事故，對社會生產生活造成巨大的影響，而智能電網面對災害時可有效切除故障部分對電網造成的影響，保證絕大部分地區的用電穩定性，使停電的損失將到最低。

兼容性更強。智能電網可實現多種不同能源的接入并保持電網的穩定性，尤其是新型不穩定能源的接入，如風力發電、潮汐發電、太陽能發電等，傳統的物理電網面對大規模的新型能源接入或斷開時會由于負載的劇烈變化而造成供電的不穩定，而智能電網可適應這種變化并保持供電的穩定性，促進綠色可持續能源的發展，滿足供電來源的多樣化需求，并降低化石能源的消耗，降低環境污染。

修復能力更強。智能電網集成使用了大量的新技術和新設備，在其運行過程中可實現自我監控對故障的預警，當出現故障時會對故障進行自我診斷并及時修復故障，對于無法自動修復的故障會自動啟用備用裝置，切除故障裝置并及時將故障上傳，通知相關人員及時排除故障。

3.3 智能電網應對新能源并網影響的優化配置

加強并網規劃與管理。首先在進行建設時要對新能源發電進行分析，確定建設的容量和等級，并完成相應模型的建設和監控系統的實施；其次，并網前要做好調試工作，對新能源發電的質量進行科學合理的評估，并安裝好諧波治理裝置；最后利用智能電網實時監控的特點做好對新能源發電的在線監控，加強對新能源發電的管理。

完善并網安全技術規范。制定相關的新能源發電并網規范并積極展開相關領域的研究，優化新能源發電的并網流程，做好技術管理。如針對10kV 電壓接入電網的電源，應在并網點完成擁有斷開點的開斷設備安裝并確保電網側接地；針對220V/380V電壓接入的電源，除安裝具有開斷指示的設備還應在并網點完成漏電保護裝置安裝。

加快智能電網的建設。智能電網的自我調節能力更強，對于新能源發電的變化可進行自適應調整，有效提高了控制的即時性和高效性。且可一定程度上避免人為因素造成的影響。此外智能電網的自我保護能力也更強，當新能源發電對電網造成損害時可及時作出響應，避免損害進一步擴大，提高電網的穩定性和安全性。

4 結語

我國新能源發電發展非常迅速，尤其是分布式電源的利用率逐年上升，如農村房頂的光伏發電項目，不僅為農戶帶來一定的收入且提高了空間利用率與能源利用率。因此，采取一定的措施避免新能源發電并網時對電網造成的影響，對于新能源發電的發展利用非常重要，可有效促進我國的可持續發展。