新能源發電并網對電網電能質量的影響

杜芳 樊毅 李鵬云

摘 要：近年來，由于電力需求缺口不斷擴大，火力發電方式已不能滿足人們生活和生產的電力需求。除了突破發電技術，在充分利用其清潔和可再生能源技術優勢的同時，在一定程度上徹底解決電力需求問題并改善生態環境，實現社會經濟的可持續發展。然而，如今新能源發電技術還不是很成熟，尤其是在并網期間，對整體電能質量的影響更為深遠。文章通過分析新能源發電并網對電網電能質量的影響，提出具體解決方案，以期全面提高電網電能質量。

關鍵詞：新能源發電并網;電網電能質量;影響

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）10--02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.060

目前，在時代與科學技術不斷進步的同時，我國電力事業迎來了發展高峰期，這也使人們對電網質量與安全也提出了更高的要求。隨著國家對電能需求的不斷增大，單純依靠化石燃料進行燃燒發電已經不能滿足日益增長的用電需要，風力發電和光伏發電等一些新能源技術已經成為目前最有潛力的可再生能源發電技術。由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點，導致新能源并網發電系統在實際運行過程中存在不穩定性、間斷性，不利于發電系統正常工作。如何正確采取可行的質量控制措施，確保在最大電能產出的基礎上，消除這些負面影響和正影響才是電網系統電能利用質量的根本問題，受到了越來越多從業者的關注[1]。

21世紀以來，我國傳統能源發電占比逐年下降，新能源發電占比逐年上升，但新能源發電受到許多因素的影響，因此，將新能源發電并入電網是一項艱巨的任務，要從新能源發電并網系統的方面出發，分析新能源發電對電網電能質量造成影響的因素。新能源發電系統并網時，經常采用電力電子設備，會不可避免地會產生電壓和電流諧波，使變頻器產生額外的諧波電流，從而在很大程度上影響頻率的波動和電源的穩定性。新能源發電站的使用在某種角度上會對電網的電能質量產生較為深遠的影響，落實新能源發電并網對電網電能質量影響的分析，是確保我國電力網絡運行穩定性的基礎前提。但是，新能源發電就目前技術來說還不夠完善，在發電并網過程中對整體電能質量會產生一定的影響。因此，科研工作者應積極探索新能源發電模式，利用其無污染、可再生等優勢，在解決人們用電需要的同時改善生態環境。

1 新能源電網連接的類型和特點分析

1.1 特點

與傳統能源相比，新能源發電技術具有一定的優勢，尤其是在清潔環保、低碳排放和可持續再生方面，但是，新能源發電技術受自然條件的影響很大，仍然存在一些問題。以風力發電為例，風力發電在很大程度上彌補了工業用電和生活用電的缺口，但是一旦遇到特殊的天氣條件或季節性風等情況，發電設備可能會出現難以滿負荷運轉的情況，導致公共電網產生大量能量缺口，使生產生活受到嚴重影響。

1.2 類型

隨著科技水平不斷提高，人們在自然環境中發現了多種可以用于發電的清潔可再生能源，其中，風能、水能、潮汐能、太陽能、生物能和核能發電是目前清潔能源的主流。開發新能源需要其具備兩個特點，一是能源的清潔型，二是能源的可持續利用性。總體來看，太陽能、風能比較依賴天氣狀況，具有不確定性，潮汐能受到各種自然條件的制約，核能則具有一定的危險性，因此，目前人類對于清潔能源的掌握還不是特別牢靠，仍需要大量科研工作者的努力[2]。

1.3 目前我國新能源并網發電現狀

《國家電網有限公司服務新能源發展報告2020》顯示，截至2019年年底，我國新能源累計裝機容量突破4億kW，占全球的34%，而且還在急劇增加。在我國的能源規劃中，基本三十年內將新能源的使用達到能源總利用的50%。在這些新能源利用的增量中，最主要的兩種能源就是風能和太陽能，雖然儲量極大，但風能、太陽能的發電具有不穩定性，導致新能源并電網會出現一些問題，不能直接接入傳統的電力系統，會造成成本增加。

2 新能源并網對電網電能質量的影響

2.1 電網頻率的影響

傳統的電力系統在正常運行期間，發生異常和高頻率干擾事件的潛在風險很小。但是根據去年并網大型光伏電站的運行頻率波動變化統計數據，當并網光伏電站的裝機容量變化較小時，可以選擇允許多個發電機組同時或分別進行開、關操作。如果新能源水力電站的設計發電量在水力電網建設總量規模中的占比逐漸增加，新能源電站發電機組所輸出的頻率隨機性將大大提高，尤其是在0.01 Hz～1.0 Hz的情況下，整個水力電網系統的輸出頻率都會發生較大波動，將對電力系統發展產生非常不利的影響。

2.2 發電間歇性和波動性影響

結合當前的實際經營情況，大多數新能源光伏發電經營方式一般都有價格波動性大、間歇性大等技術上的缺陷。以我國風力發電周期為例，風力發電具有強烈的資源不確定性和周期季節性，因此風力為主的變電站發電的不穩定性很強，在一定時期內并網發電會對電能的整體質量產生極其不利的影響。同時，新能源發電并網控制困難，控制措施相對復雜，在特定的控制周期可能產生電擊，導致電源偏差或閃爍故障[3]。

2.3 諧波對電能質量的影響

在新能源并網中，諧波是影響電力質量的主要原因之一。由于風能及太陽能的不穩定性與間歇性，在發電過程中很容易產生諧波，諧波對新能源發電系統的破壞性是非常大的，容易造成發電系統失控，引發安全事故，導致發電系統癱瘓，出現大范圍的停電現象。

2.4 孤島現象的影響

孤島現象是電力系統出現故障時的一種現象，具有極強的破壞性和危險性。在電網電壓缺失時，新能源發電系統與電網接入的部分就會產生局部的閉合電路，孤島現象隨之產生，帶來嚴重的不可控制性，電網的調節和管理無法發揮作用。如果孤島中的供電超過電力設備的限額，會對電力設備產生極大的損害，工作人員檢修設備時甚至會面臨觸電的風險。所以，在新能源并網構建中，如何科學有效避免孤島現象是工作人員必須考慮的問題。

隔離會使電網中的電壓和頻率出現動態波動，當電壓和頻率的波動空間超過電網的安全范圍時，會影響設備的安全使用。在孤島的情況下，電路系統會出現自動跳閘，負載容量也會發生變化。當容量超過指定范圍時，傳送帶中將有超速負載，導致逆變器溫度過高，并相應地引起著火現象，危及維修人員的生命安全。

3 新能源發電并網對電網質量的改進措施

目前，新能源電網發展時間尚短，新能源發電技術還不完善和成熟，相關法規和政策也有待完善。新能源發電的波動和間歇性是由自然因素決定的，即使不能改變原始的自然條件，也可以通過改進發電設備等彌補技術缺陷。因此，在實際生產過程中，地方政府和有關部門必須強化調試并網的新能源設備，使其適應電網技術和性能條件，并在整體電網的基礎上增強電網動力。要調整電網和輸電峰值容量，進一步提高波動性和間歇性電力的總體接受水平。同時，新能源發電系統應兼顧無功調節和有功調節的雙重功能，最大程度地降低新能源波動對整體電能質量的影響[4]。

4 結語

長期以來，可再生熱量能源技術被認為是一項具有很大市場發展潛力的關鍵技術創新項目，特別是用于風力發電、光伏水力發電等分布式風力發電關鍵技術，在滿足我國電力行業總體發展需求中一直占有主導地位，并發揮著重要的作用。因此，有必要通過技術進步和設備研發，排除影響電網穩定性的不利因素，實現新能源電力的大規模應用。文章通過深入研究和討論，明確了目前新能源利用的可靠性和缺陷，經過并網發電處理后，其電網的生產質量將受到不同程度的影響，通過一系列措施操作，逐一突破新能源的不足，加快代替傳統能源的步伐，推動實現可持續發展的目的。

參考文獻

[1] 徐潛，唐凌云，李西.新能源發電并網對電網電能質量的影響[J].集成電路應用，2020，37（9）：138-139.

[2] 洪楠.論新能源發電并網對電網電能質量的影響研究[J].科技風，2020（23）：139.

[3] 張朝暉.新能源發電并網對電網電能質量的影響分析[J].裝飾裝修天地，2018（24）：375.

[4] 何德良，賈宏偉.淺析并網光伏發電系統對電網電能質量的影響[J].電子產品世界，2018，25（12）：81-82，74.