新能源發電并網對電網電能質量的影響研究

李漢波

摘 要：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，這也使得人們對電網質量與安全也提出了更高的要求。而由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點，這導致新能源并網發電系統在實際運行過程中存在著不穩定性、間斷性，不利于發電系統正常工作。因此，本文將對新能源發電并網給電網電能質量帶來的影響進行分析，希望可以為相關工作者的研究提供一些幫助。

關鍵詞：新能源；并網發電；電網電能質量

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0160-02

進入新時代后，隨著社會經濟的快速發展，人們在生活水平提高的同時，對電能質量提出了更高的要求，而這也是我國電力行業面臨的重要挑戰。雖然我國在電力事業中已經運用了新能源并網系統，但在各種因素的影響下，其還會給電網電能質量帶來不良影響。

1 新能源發電并網給電壓帶來的影響

1.1 對饋線穩態電壓的影響

在電力系統中，改變有載調壓變壓器的分接頭與投切電容器是調節電壓的主要設備[1]。如果新能源發電在接入電網后占據大比例，那么在發電功率波動性的影響下，線路中的負荷潮流會發生較大變化，從而導致當前調壓方案無法有效調節并網中的電壓。通過研究可知，若依照原有調壓方案對電壓進行控制，會使用戶側的電壓水平下降，無法達到用戶用電標準。因此，必須在充分考慮實際情況的基礎上，合理改正調壓方案，以此來有效調控新能源發電并網中的電壓。

對于電網和新能源發電站公共銜接點而言，其電壓穩態狀況主要受到接入電網短路容量、輸電線路阻抗以及新能源發電穿透功率等因素的影響。以某地區50MW的風電場公共銜接點電壓為例，通過風電場輸出功率波動性對其影響的研究可以發現，在一定程度上，電網中電壓是由風電場的輸出功率進行支撐。而這一輸出功率可以分為兩種類型，即有功與無功，有功輸出與電壓支撐成正比；而無功輸出給電網帶來的影響主要是在0.5～1.0Mvar范圍中。

1.2 對電壓波動、閃變的影響

相較于常規能源發電，新能源發電具有隨機性、波動性以及不可控制性等特點，這也就導致其在接入到并網后，會加大電量控制的難度。同時，這些不可控電量會將強烈電流沖擊帶給傳統電網，不但會使電網出現波動、閃變以及頻率偏差等問題，還會變更饋線潮流，在一定程度上增加電網不可控性與調峰容量余度。當調峰容量小于一定范圍后，其會嚴重阻礙電力系統的平穩運行。因此，必須在保證并網技術性能的同時，提高電網的電量接納能力，并增加其調峰容量。同時，在新能源發電系統中，動態無功功率及有功功率調整功能發揮著重要作用，且并網中無功損耗問題也經常會出現，因此，必須保證發電系統具備無功補償功能。只有這樣，才能有效應對運行過程中的電壓問題，從而促進電網高效運作。

2 新能源發電并網給頻率帶來的影響

在新能源并網發電中，新能源發電機組具有隨機性的特點，當電力系統發電容量占比超過一定范圍后，電網頻率會出現波動，從而給電力系統及用戶帶來不良影響。可以把風電場功率波動給電網帶來的影響轉換成一種傳遞函數，而這一函數主要涉及到風電場輸出功率波動與火電機組轉速變化，并通過利用風電功率波動評估系統頻率模型的建立，以模擬、運算等流程獲得最終結論，即當火電機組自動發電系統功率波動處在0.01～1.0赫茲范圍內，其會嚴重影響大電網。

在新能源發電站接入之后，為了對其給小電網頻率帶來影響進行研究，可以通過火電廠單機等效模型的建立及電網頻率的變化數據對新能源發電并網給頻率帶來的影響進行分析。以功率為1.5MW的新能源發電機組為例，假設頻率偏差在0.5赫茲以內，通過計算可知新能源發電機組在穿透率達到18%時，頻率偏差最接近限定范圍值。因此，為了實現新能源的大規模使用，在發電系統運行中必須仔細研究新能源發電的波動性、間歇性特點，并有效結合電網調度計劃與發電功率預測，對電網頻率進行嚴格監控，為發電系統平穩運行提供有力保障，以此來滿足人們生產、生活的需要[2]。

3 新能源發電并網給諧波帶來的影響

并網風電場和并網光伏發電站是新能源并網發電站的主要類型，且電力電子裝置是發電系統中最常使用的設備。但其在具體的使用過程中還存在著許多問題。并網光伏逆變器是通過脈寬調制進行控制，同時，絕緣柵雙極型功率開關是其突出的物理特點，就會使并網光伏發電站在運行中出現電壓電流諧波，而在光照強度和照射角度變化等因素的影響下，如浮云陰影效應、物體陰影效應以及光照強度改變等，發電站的輸出功率會出現波動間歇性的變化，從而造成電網諧波污染。通過研究可知，電流諧波畸變率在凌晨、傍晚階段的變化較大，若中午出現較大云量，其也會有所上升。

并網風電場出現電網諧波的原因有兩方面：一方面是風電場線路電抗與并聯補償電容器發生諧振，從而使得諧波產生，具體可以分為與變速兩種風力發電機諧波。恒速風力發電機是在軟啟動階段通過電力電子裝置與電網的直接相連導致的諧波產生，而變速風力發電機則是利用逆變、整流裝置才能連接到電網系統中，在這種情況下，若電力電子裝置切換的頻率在諧波產生范圍內，那么其就會給電網運行帶來嚴重影響；另一方面，風力發電機組本身的電力電子設備也會導致諧波產生。通過研究風電場中全功率變頻的變速發電機組可知，電流諧波的大小主要受到該機組開關頻率與調制方式的影響。定開關頻率調制通常是在開關頻率或者是倍數情況下會導致諧波出現高峰數值，而變開關頻率調制則具有整次諧波頻帶及較寬間諧波。

在一定程度上，諧波電流還會給電力系統造成嚴重的危害。諧波電流給新能源電網造成的畸形現象，會嚴重降低電網中的電能質量，并給電力系統正常運行中埋下了安全隱患，嚴重時甚至會導致電力系統的整體癱瘓，不利于人們正常進行生產活動與日常生活。因此，必須從兩方面入手，有效解決這一問題。一方面，在風電場中，應該盡量接連種類不同的風電機，減少單一恒速風電機或者是變速風電機的密集接連，從而有效避免其給帶來較高的諧波電壓；另一方面，應該將可以對諧波進行過濾的相關裝置安裝在電力系統中，以此來降低新能源并網中的電網諧波。同時，還可以通過動態無功補償裝置或者是靜止無功補償裝置的使用，有效減少電網的諧波含量[3]。

4 新能源發電并網會出現孤島狀況

在電網壓力逐漸減小的情況下，光伏發電和風力發電等新能源并網不會停止對電網進行供電，其仍然會將電力供應到部分失去壓力的電網中。這也就使得其會與本地負載連接有效結合，并達到新的供需相對平衡的一種狀態，從而為其獨立運行提供有力保障，并導致了孤島現象的出現。在孤島狀況下，大電網無法有效調控相應的頻率與電壓，而這些電壓、頻率也得不到大電網的支持。若負荷側負載或者是發電側輸出功率出現變動，那么電網供需平衡就會被破壞，而電網中的頻率、電壓也就會出現波動問題。同時，在孤島情況下，如果電網提供的電量大于人們的實際需求，那么電網中頻率和電壓的波動就會超出許可的安全范圍，會給電力設備的正常運用帶來不良影響；如果電網提供的電量小于人們的實際需求，那么在負載容量中，情況變化可以鮮明呈現出來，一旦負載容量超出了其可承受的范圍，變運器就會出現超速負荷問題，從而使逆變器因溫度過高而發生起火問題。在這一情況下，工作人員要想有效維修逆變器，就會面臨非常大的困難與危險，嚴重的甚至會危及到自己人身安全。在孤島現象出現后，線路系統中經常會出現自動跳閘的問題，即使是重新合上電路電閘，電閘也無法發揮相應作用。由此看來，新能源發電并網導致的孤島問題，不但會危害電力系統，還嚴重威脅著人民群眾人身、財產安全。因此，在將新能源接入電網之前，工作人員必須嚴格檢查并考核電力調節，保證風力與光伏等新能源發電系統具備對功率進行預測的功能。只有這樣，才能實現電力系統的正常、平穩運行。

5 新能源發電并網缺乏成統一標準

由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點，這也就使得我國目前還沒有形成統一的新能源發電并網標準。在科學技術發展水平的影響下，當前我國只能對部分大、中型的新能源并網系統進行技術標準統一。同時，我國檢測新能源并網的技術也缺乏統一性，其中還存在著大量問題，嚴重阻礙著新能源發電并網的安全運行。因此，必須對電網系統的認證與檢測工作進行完善。

目前，在對新能源發電并網給電力系統中的、電能質量、電網調度、運行以及穩定性等方面帶來影響的研究中，我國并沒有專業性的探討，而對于電網接納能力等技術性問題，也沒有得出相關結論。同時，在對有功控制能力、無功控制能力、低電壓穿越能力以及接入系統電能質量等內容進行檢測時，檢測方法也存在問題，缺乏對、雙向計量設備、逆變器、系統安全運行以及控制器等方面的有效測試。而大、中型新能源發電并網系統在廣泛使用下，會對相關政策措施、電網的接納能力以及電量調度運行提出更高的要求。因此，我國加大科學技術研究與發展力度，盡快建立其科學、統一的新能源發電并網標準，并對電力系統檢測工作進行完善，使其滿足人們的實際需求，從而為其安全、高效運行提供有力保障[4]。

6 結語

綜上所述，新能源并網發電系統雖然能夠滿足人們用電需求，但由于受到技術水平的限制，其會給電網電壓、頻率以及諧波等帶來不良影響，嚴重影響電力系統的安全、平穩運行。因此，相關部門必須加大技術研究力度，并結合實際情況，建立起科學、統一的并網標準，從而促進電力企業更好更快的發展。

參考文獻

[1]李鵬.淺析新能源發電并網對電能計量的影響及處理措施[J].科技與企業，2015，（15）：237.

[2]黃強，朱有明.新能源分布式發電并網對整個電網的影響分析[J].電子世界，2014，（16）：80-81.

[3]陳祝鵬，趙秋鵬.新能源并網過程中電能質量問題研究[J].中國高新技術企業，2012，（33）：23-25.

[4]姜齊榮.新能源發電的安全穩定與電能質量問題探討[J].電氣時代，2014，（04）：40-43.