電網(wǎng)電能質(zhì)量受新能源發(fā)電并網(wǎng)的影響分析

辛益

內(nèi)蒙古粵電蒙華新能源有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

隨著分散式新能源發(fā)電的大范圍、大規(guī)模接入，高滲透率配電網(wǎng)的運(yùn)行特性呈現(xiàn)間歇性、隨機(jī)波動性和控制復(fù)雜性特征。全面準(zhǔn)確地掌握新能源發(fā)電設(shè)備發(fā)電間歇性波動特征及諧波產(chǎn)生機(jī)理，制定新能源發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)及對電網(wǎng)全面實(shí)施智能電網(wǎng)升級改造，尤其是對大規(guī)模接入用戶側(cè)配電網(wǎng)絡(luò)的分散式新能源發(fā)電設(shè)備進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測，要求新能源發(fā)電設(shè)備針對自身設(shè)備電氣元器件特征加裝諧波過濾裝置，針對新能源發(fā)電設(shè)備運(yùn)行特征加裝無功補(bǔ)償裝置及系統(tǒng)電壓大幅波動時(shí)要求發(fā)電設(shè)備需具備低電壓穿越能力等，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)全面滿足大規(guī)模分散式新能源電源接入系統(tǒng)的關(guān)鍵。

1 新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)造成的影響

新能源電站及大量的配電網(wǎng)絡(luò)直接接入的分布式發(fā)電設(shè)備均是通過電力電子逆變器并網(wǎng)，容易產(chǎn)生諧波及三相電壓/電流不平衡，輸出功率隨機(jī)性大、波動大、閃變進(jìn)而沖擊電網(wǎng)電壓平衡，尤其是分布式電源直接在用戶側(cè)接入電網(wǎng)，電能質(zhì)量直接影響用戶的電器設(shè)備安全。新能源發(fā)電在進(jìn)行并網(wǎng)時(shí)需通過電子電力設(shè)備進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，而新能源發(fā)電的特點(diǎn)決定了其需較為頻繁地啟動與關(guān)閉，會產(chǎn)生諧波分量。諧波分量對電網(wǎng)和用戶的影響都較大，如造成諧波污染會導(dǎo)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(jī)繞組、電機(jī)接地等因素的影響，如諧波污染程度較大對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)可能會選擇將新能源發(fā)電斷開，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此在新能源發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)時(shí)均要認(rèn)真評估分析諧波對電網(wǎng)的影響及構(gòu)建相應(yīng)的因?qū)Υ胧员ＷC新能源項(xiàng)目發(fā)電的電能質(zhì)量。新能源發(fā)電并網(wǎng)時(shí)如果其供電量與負(fù)荷量不匹配則會造成嚴(yán)重電壓波動及潮流的巨大變化，故新能源發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)接入點(diǎn)與接入容量也尤為重要，如果接入位點(diǎn)和接入容量不合理及控制措施不到位，會直接導(dǎo)致輸電電線路的負(fù)載波動巨大，導(dǎo)致潮流變化及較大的電壓波動。

2 加大智能電網(wǎng)建設(shè)提升電網(wǎng)監(jiān)控與自動化調(diào)度能力

2.1 加強(qiáng)智能監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G通訊技術(shù)、云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)科技的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)中智能監(jiān)控及利用云計(jì)算大數(shù)據(jù)分析對電網(wǎng)潮流及電壓波動進(jìn)行準(zhǔn)確分析，尤其是對電網(wǎng)末端配電網(wǎng)絡(luò)中分散式電源廣泛大量接入的監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析成為可能，進(jìn)而才能構(gòu)建起復(fù)雜的智能輸配電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，只有在構(gòu)建起強(qiáng)大的智能輸配電網(wǎng)系統(tǒng)才能使復(fù)點(diǎn)多面廣的分散式電源接入電網(wǎng)系統(tǒng)成為可能。

2.2 新能源發(fā)電配置一定比例的儲能裝置

清潔能源中風(fēng)能和太陽能發(fā)電均具有間歇性、不連續(xù)性、和波動性大等特征，光伏發(fā)電的晝夜特征、風(fēng)力發(fā)電的季節(jié)性和穩(wěn)定定性差等特征均對電網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)定供電構(gòu)成沖擊，在電網(wǎng)中除利用燃煤機(jī)組作為穩(wěn)定的電源電壓做支撐外，利用區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷特征大數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，可較準(zhǔn)確的計(jì)算出新能源項(xiàng)目接入電網(wǎng)時(shí)配置相應(yīng)比例儲能裝置來實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)供電穩(wěn)定，例如在2020年國網(wǎng)湖南省電力有限公司就要求省內(nèi)新建風(fēng)電項(xiàng)目需配比20%的儲能裝置（目前隨著儲能裝置價(jià)格的下降，儲能裝置投入的經(jīng)濟(jì)型也是可行的）。儲能裝置不僅可保持電源的持續(xù)穩(wěn)定供電，同時(shí)在保持新能源電源電網(wǎng)接入點(diǎn)系統(tǒng)電壓維持穩(wěn)定進(jìn)而保證電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定中起到重要作用。

2.3 超級電容在智能變電站中的應(yīng)用

超級電容是環(huán)保綠色電源，隨著超級電容器技術(shù)的不斷進(jìn)步，其耐低溫性能（-40至65℃）和超長沖放使用壽命（50萬次以上的循環(huán)充放電壽命）均優(yōu)于傳統(tǒng)電池性能，使其在作為智能變電站站用后備電源中發(fā)揮出優(yōu)異的特性，特別是在用作移動智能變電站站用電源后備延時(shí)、智能斷路器動作、后臺監(jiān)控等電源需求時(shí)發(fā)揮出可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)，當(dāng)交流供電異常時(shí)，自動轉(zhuǎn)到電容器對負(fù)載供電，并切除部分次要負(fù)載，保證重要負(fù)載正常工作。

2.4 加強(qiáng)配電網(wǎng)自動化技術(shù)

隨著社會不斷進(jìn)步，復(fù)雜多樣的用電需求（如大量的汽車充電樁、5G基站等）及分散式電源在配電網(wǎng)絡(luò)的直接接入，對配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定的電源供電提出了更高的要求。對配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的建設(shè)力度持續(xù)增加，提升配電網(wǎng)的自動化水平是解決復(fù)雜用電環(huán)境的唯一途徑。在大數(shù)據(jù)的支持下，智能電網(wǎng)也是智慧城市的重要組成部分。智慧城市在大數(shù)據(jù)的精確分析建模下，科學(xué)合理的構(gòu)建城市配電網(wǎng)絡(luò)是保證城市快速發(fā)展且滿足用電需求的關(guān)鍵所在。

3 結(jié)語

我國新能源發(fā)電發(fā)展非常迅速，尤其在碳達(dá)峰和碳中和“3060”目標(biāo)的提出及每年各級政府必須落實(shí)的“雙控”考核目標(biāo)，將更加助推我國能源結(jié)構(gòu)快速轉(zhuǎn)型升級，風(fēng)能、太陽能等清潔能源發(fā)電項(xiàng)目將高速增長，與之配套的傳統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡(luò)必將向智能電網(wǎng)全面轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)電網(wǎng)電源點(diǎn)少網(wǎng)架相對簡單，調(diào)度策略也相對簡單，完全可由調(diào)度人員人工動態(tài)實(shí)施，隨著新能源發(fā)電項(xiàng)目的大量接入，電源點(diǎn)分散且數(shù)量龐大，尤其是分散式電源的大量接入，傳統(tǒng)的調(diào)度方式已無法滿足新型能源發(fā)電結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的運(yùn)行，依托互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)計(jì)算功能的智能電網(wǎng)配套建設(shè)是將實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，隨著新能源的大力發(fā)展，傳統(tǒng)電網(wǎng)也將迎來轉(zhuǎn)型升級至智能電網(wǎng)的大發(fā)展時(shí)代。