新能源發電并網對電網電能質量的分析研究

張超

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040）

新能源具有非常大的應用價值，而且符合生態與經濟效益，面對新能源并網中的不良影響，需要強化研究和分析，然后通過相關的技術手段來消除諧波、孤網等問題，提升新能源并網的有效性和科學性。本文主要分析了在新能源并網的模式中給電網電能所造成的不良影響，并且就如何消除影響提出了建議。

1 影響分析

1.1 諧波

在電力系統中，諧波的危害較為廣泛，不僅會影響設備運行的可靠性，還會導致電能浪費的現象，所以必須控制諧波的產生，對風能發電而言，其發電設備本身就會造成諧波問題，尤其是恒速發動機的啟動環節，非常容易出現諧波現象。而對于變速的發動機而言，主要是利用整流方式與電網相連接，比較容易在切換頻率的環節引法產生諧波，而且產生的影響較大。另外一類導致諧波的情況是，發電系統中存在著相應的補償裝置，其與線路電抗一起時就可能會造成諧波問題。另外，由于新能源發電與自然環境情況息息相關，在光伏發電中，隨著光照強度的不穩定，包括各種遮擋所產生的光照強度差異，都會讓電網運行中的輸出功率出現變動，進而造成一定程度的諧波問題，比如在并網后的光伏發電中，如果天氣處于陰晴變化的狀態，就監測到電網中的諧波污染程度隨天氣狀態發生變化。

1.2 孤網

這種影響會直接危害到電網的安全性，但大電網的電壓減小時新能源發電往往會持續進行，不斷給失壓的大電網提供電能，同時與本地負載相聯，進而生成了全新的平衡狀況，導致孤網現象的出現。在這樣的情況里，電網中的相關要素會發生波動情況，比如頻率波動或者電壓波動，如果這兩種要素的波動過于嚴重，超過電網運行的可靠標準，就會增加設備的安全風險。而線路系統也可能發生紊亂，常見的就是自動跳閘問題，而且一旦負載容量大于安全標準，就會給逆變器造成嚴重的負荷，主要表現為設備的穩定上升，最終引發起火現象，這對于維修人員的安全是非常嚴峻的威脅。

1.3 間接性和波動性發電

新能源的供應往往和自然環境息息相關，如果在新能源發電中遇到地理或者氣象狀況的影響，就容易出現間接性發電的情況，而能源的轉換效率即為波動性。在風能發電中，由于風能與其速度之間為正向關系，而風速屬于自然條件的范圍，具有明顯的不可預測性，也無法對其實施控制，這就限制了風能發電的穩定性。而在光伏發電中，主要的影響因素為光照情況，受氣候天氣的控制，也存在著穩定性較低的問題。正是由于這些客觀情況的干擾，使得新能源發電中的電能本身就存在品質問題，在流入電網的過程中可能會對系統產生沖擊，這是由于電能波動會導致加強的電流，在這些電流的影響下，就容易損傷到電網系統，比如風電場中的電壓可能會突發性增強，再加上風電場設備中缺乏有效的調節裝置，就會擴大強大電流對于風電場的沖擊，非常容易導致風電裝置的損壞。

1.4 并網標準的問題

雖然新能源發電具有很大的優勢，但是各種新能源的分部狀況較為復雜，在發電并網方面很難構建統一的標準，就當前的技術發展而言，僅僅是對規模很大的并網系統規定了一致的技術標準，但是缺乏相應的檢測技術，所以必須要強化相關技術研究和應用，保障并網系統的穩定性與科學性。

1.5 電網頻率

在以往的電網運行模式中，幾乎可以忽略頻率異常的問題，對于容量不大的發電站而言，就算存在很多機組投切也無法導致頻率異常。但是當新能源供電的比例擴大后，電網頻率超額的現象就相對頻繁，這主要源于風能發電的不穩定性，一旦出現頻率異常的情況，對于發電過程以及用戶用電都會產生影響。可以通過建模分析的方式來評估這樣的頻率異常現象，分析出何種情況下會出現頻率越限的問題，然后全面考量新能源發電中的相關要素，尤其是間歇性與波動性的情況，盡量將發電頻率控制在科學穩定的范圍內，降低發電隨機性對于系統運行頻率的干擾。

2 處理策略

雖然新能源并網帶來了一定的不良影響，無法全面保障電能的品質，但是新能源發電仍舊是未來電力行業的發展方向和趨勢，所以就需要強化并網技術，提升并網之后的發電品質，并且加強智能化技術的應用，在發揮新能源并網的優勢與功能的同時，可以實現對于系統運行的檢測和控制，提升并網發電的有效性。

2.1 孤網問題的處理

孤網問題出現的重要因素就是電網系統的壓力減小，在處理孤網問題時也需要以此為切入點，在實現并網前，就需要做好電力調度，強化相關的審核工作。對于新能源發電而言，實現并網的關鍵前提應該是擁有功率的預測能力。

2.2 并網標準的一致化

雖然新能源發電已經持續多年，也做了很多的相關研究，但是在統一標準方面的認知較低，對于電能穩定性缺乏必要的了解和分析，無法全面認知到其對電能品質的影響。同時，對于干擾電能運行狀況的各項要素缺乏科學的掌握，相關的并網技術也處于探索階段，關于新能源的并網還未能構建一致的標準，對于并網后系統的檢測和控制技術也缺乏研究與應用。所以，為了完善統一的并網標準，一定需要強化對于并網標準的研究，發展出相關的科學技術，來支持并網標準的統一性。

2.3 諧波問題的處理

諧波對于電網系統的損害較大，也是較為常見的影響之一，在很多電子設備中都會發生諧波現象，無論是新能源發電的相關設備，還是在線路或者電容器中都可能存在諧波情況。但是諧波問題基本都屬于可控范圍，能夠通過相關的措施加以避免和防范，比如在風電場的系統內，為了消除諧波問題，就需要集中連接各種風電機設備，并且安裝適宜的諧波過濾設施，全面控制電網系統中的諧波情況，在必要的時候，也需要利用到無功補償設施。

2.4 波動性和間歇性的處理

這兩種影響因素基本都是源于客觀的自然環境，而自然狀況無法控制，所以為了消除這兩種影響和干擾，就需要從控制設備的角度出發解決，要想達到設備控制的目標，就需要把握好下述內容：一是科學地使用并網技術，強化新能源設備的技術含量，提升設備自身的性能和可靠性。二是關于電網系統的調節控制功能，關鍵是要確保對于峰值的調控功能，同時借助科學的電網設計來強化電網對于大電量的接納水平。三是在部分新能源發電中經常會發生無功率運轉的問題，進而導致能源損耗現象，為了避免該問題的出現，在系統中還需要應用到無功補償技術。

3 結語

綜上所述，新能源并網是電網發展的新模式，解決了電能供應中的很多問題，但是由于新能源自身的因素以及相關技術的不足，目前還無法很好地處理并網之后對于電網電能的質量影響，比如隨著新能源發電量的擴大，出現了電網頻率不穩定的問題和更多的諧波現象，必須要強化并網技術的研究，并且研究和分析這些影響因素，通過技術措施來處理新能源并網面臨的問題。