淺析新能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

邱一昊 徐銘

【摘 ?要】當(dāng)前，由于新能源的特殊性以及我國在新能源方面技術(shù)能力方面還略有欠缺，這使得新能源在并網(wǎng)發(fā)電后對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成了一定影響，甚至一部分人對新能源的并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)還提出質(zhì)疑，這對我國新能源技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了消極的影響，從而也嚴(yán)重威脅了電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。針對這些問題，必須要加大研究力度，不斷完善和優(yōu)化并網(wǎng)技術(shù)，以促進(jìn)新能源發(fā)電事業(yè)的不斷發(fā)展，從而以新能源向人類提供電力，保障人們的正常電力需求，進(jìn)而使人們的生活質(zhì)量得到不斷改善。鑒于此，本文主要分析新能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。

【關(guān)鍵詞】新能源;電網(wǎng);電能質(zhì)量

中圖分類號：TM76 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

新能源又稱非常規(guī)能源。是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式。一般地說，常規(guī)能源是指技術(shù)上比較成熟且已被大規(guī)模利用的能源，而新能源通常是指尚未大規(guī)模利用、正在積極研究開發(fā)的能源。因此，煤、石油、天然氣以及大中型水電都被看作常規(guī)能源，而把太陽能、風(fēng)能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽芤约昂四堋淠艿茸鳛樾履茉矗渲刑柲堋L(fēng)能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽苡址Q為可再生能源。隨著技術(shù)進(jìn)步、節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展觀念的建立，過去一直被視作垃圾的工業(yè)與生活有機(jī)廢棄物被重新認(rèn)識，作為一種能源資源化利用的物質(zhì)而得到深入研究和開發(fā)利用，因此，廢棄物的資源化利用也可看作是新能源技術(shù)的一種形式。

1、電能質(zhì)量概況

在實際的電能生產(chǎn)和傳輸過程中，由于實際電力系統(tǒng)設(shè)備在設(shè)計與制造等過程中，以及在工作過程中需要經(jīng)受各種變工況運(yùn)行，所以幾乎不可能確保其處于理想的對稱狀態(tài)。在發(fā)電端，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電迅猛增長，這兩種新型電能受環(huán)境影響較大，穩(wěn)定性差。在用戶端，電氣設(shè)備的多樣化，經(jīng)常處于不平衡運(yùn)行狀態(tài)，各種運(yùn)行操作、外來干擾和故障實有發(fā)生。這些都是導(dǎo)致電能質(zhì)量下降的因素，如表現(xiàn)在電壓偏差、頻率偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡等問題，嚴(yán)重時造成電網(wǎng)運(yùn)行中斷事故。

為了保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，為用戶提供安全、連續(xù)、參數(shù)合格的電能，必須加強(qiáng)電能質(zhì)量的管理，建立完善的監(jiān)測與分析系統(tǒng)。

（1）現(xiàn)場監(jiān)測層：主要是通過在用戶側(cè)特定安裝電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)對供電參數(shù)實時監(jiān)測。（2）通訊傳輸層：負(fù)責(zé)將監(jiān)測層設(shè)備采集的電能參數(shù)傳輸?shù)椒?wù)器，主要是借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)該目的。數(shù)據(jù)管理層：主要是對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，以供控制決策使用。電能指標(biāo)監(jiān)測與分析系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集/處理/顯示、趨勢曲線分析、用戶權(quán)限管理及報表管理等。

2、新能源接入對電壓偏差的影響

2.1、新能源并網(wǎng)對于饋線穩(wěn)態(tài)電壓影響

電網(wǎng)中通常都是利用投切電容器以及變動LTC的調(diào)壓分接頭進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的，除此之外，極少會配備其它動態(tài)無功調(diào)整裝置。如果電網(wǎng)中所接入的新能源系統(tǒng)占比較大，則新能源電力系統(tǒng)功率的波動性會使得線路負(fù)載潮流極易產(chǎn)生較大波動，從而增加了電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時電壓的調(diào)節(jié)難度，致使原有調(diào)壓措施可能無法達(dá)到新能源并網(wǎng)后電網(wǎng)系統(tǒng)對電壓的需求。如圖1為新能源系統(tǒng)未并網(wǎng)時其配電饋線節(jié)點1～13電壓都處于限定范圍之內(nèi)，此刻變電系統(tǒng)有載調(diào)壓變壓器的分接頭處在+4檔;而在新能源電力系統(tǒng)并入變電站的低壓側(cè)后，因流經(jīng)主變的功率降低，此時如果分接頭未降低檔位依然處在+5檔，那么饋線的后端節(jié)點電壓會越過限定值。由此可見，根據(jù)原有調(diào)壓方式可能會造成用戶側(cè)的電壓降低，所以在新能源系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電時，對傳統(tǒng)調(diào)壓策略進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)非常必要。

2.2、新能源并網(wǎng)對電壓閃變和波動的影響

電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓閃變與波動，是因為新能源電力系統(tǒng)機(jī)組的停止和開啟、出力隨著一次能源的波動改變、投切發(fā)電系統(tǒng)補(bǔ)償電容器等引起。新能源波動的輸出功率是造成電網(wǎng)系統(tǒng)電壓閃變與波動的主要因素。風(fēng)速改變是風(fēng)電系統(tǒng)輸出功率出現(xiàn)波動的原因，且風(fēng)速湍流強(qiáng)度和電壓的閃變、波動為正比例關(guān)系。在風(fēng)電恒速定槳距機(jī)組切換時引起的電壓閃變與波動比在運(yùn)行持續(xù)過程中引起的電壓閃變與波動要大，但對恒速變槳距機(jī)組來說正好相反。

風(fēng)電系統(tǒng)中，通過對變速恒頻機(jī)組可平穩(wěn)功率波動，從而有效降低波動功率引起的電壓閃變與波動，因在高風(fēng)速地區(qū)與低風(fēng)速地區(qū)采取的控制措施不同，使得機(jī)組運(yùn)行時的出力會在不同的風(fēng)速區(qū)間有著不同的特性，進(jìn)而造成低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)電場也會出現(xiàn)較大閃變。當(dāng)在高風(fēng)速地區(qū)時，恒速風(fēng)電機(jī)組通過選擇失速控制方式也能降低電壓的閃變。

3、新能源接入對頻率影響

頻率若偏離正常范圍，對用戶、發(fā)電廠和系統(tǒng)本身都將造成很大的影響。頻率是和電力系統(tǒng)的有功功率有關(guān)的，即有功功率直接影響著頻率的變化，以一個光伏電站的為例來說明頻率和有功功率的關(guān)系。

在光伏發(fā)電輸出有功功率較小時，即使多臺光伏機(jī)組進(jìn)行投切，電網(wǎng)的頻率在允許的50±0.2Hz范圍波動，若當(dāng)新能源的發(fā)電容量占電網(wǎng)總?cè)萘康谋壤鸩皆龃蠛螅捎谛履茉窗l(fā)電機(jī)組出力具有一定的隨機(jī)性，可導(dǎo)致電網(wǎng)的頻率經(jīng)常波動。

4、新能源引起的電網(wǎng)諧波問題

風(fēng)電給系統(tǒng)帶來諧波的途徑主要有兩種：一種是風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身配備的電力電子裝置，可能帶來諧波問題。對于直接和電網(wǎng)相連的恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，軟啟動階段要通過電力電子裝置與電網(wǎng)相連，會產(chǎn)生一定的諧波。由于補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率因數(shù)的并聯(lián)補(bǔ)償電容器也可能和系統(tǒng)電抗發(fā)生諧振，而造成對諧波的的放大。

為了對新能源系統(tǒng)與配網(wǎng)所承擔(dān)諧波職責(zé)進(jìn)行區(qū)分，按照系統(tǒng)與負(fù)載參數(shù)得到諧波阻抗，然后通過PCC點諧波檢測電流值評估用戶的諧波電壓水平。針對含有新能源的電網(wǎng)系統(tǒng)，準(zhǔn)確鑒別新能源與配網(wǎng)在公共接入點引起的電流電壓諧波情況，對于處治與監(jiān)測新能源電力系統(tǒng)諧波污染十分有利。

5、新能源并網(wǎng)會產(chǎn)生頻率穩(wěn)定性方面的問題

大型電網(wǎng)具有足夠的備用容量和調(diào)節(jié)能力，風(fēng)電接入，一般不必考慮頻率穩(wěn)定性問題，但是對于孤立運(yùn)行的小型電網(wǎng)以及風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到或超過電網(wǎng)裝機(jī)容量的20%時，風(fēng)電帶來的頻率偏移和穩(wěn)定性問題不容忽視。

為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)正常應(yīng)留有2%～3%的機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用容量。由于風(fēng)電具有隨機(jī)波動特性，其發(fā)電出力隨風(fēng)力大小變化，為保證正常供電，電網(wǎng)需根據(jù)并網(wǎng)的風(fēng)電容量增加相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用容量，風(fēng)電上網(wǎng)越多，旋轉(zhuǎn)備用容量也越多。為了保證風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定和提高整個電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，必須考慮適當(dāng)?shù)膽?yīng)對措施，如采用風(fēng)電與水火電打捆外送、采用靈活交流輸電技術(shù)進(jìn)行動態(tài)潮流和動態(tài)無功電壓控制、采用大功率儲能裝置進(jìn)行波動功率的快速跟蹤調(diào)節(jié)等。

總之，（1）綜合潮流影響、穩(wěn)定分析、短路電流貢獻(xiàn)、無功電壓、電能質(zhì)量等多方面的分析，大量新能源接入后外送斷面難以完全滿足要求，且對楚雄北部的電能質(zhì)量問題可能造成進(jìn)一步的惡化，其他方面也會造成降低運(yùn)行裕度。（2）建議政府積極引導(dǎo)中小水電、風(fēng)電、光伏等各類電源的協(xié)調(diào)有序發(fā)展，完善適應(yīng)于新能源并網(wǎng)相關(guān)政策，避免大規(guī)模、短時間大規(guī)模新能源的無序開發(fā)，做到電網(wǎng)、電源協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展。（3）建議新能源并網(wǎng)時采用無功補(bǔ)償與諧波治理成套裝置的SVG，提高運(yùn)行電壓穩(wěn)定性方面，盡可能地減少諧波產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]周忠成.新能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析[J].電子世界，2018（03）：81+83.

[2]姜飛.新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與故障限流復(fù)合系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].湖南大學(xué)，2016.

[3]許興柱.微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問題及諧波抑制的研究[D].遼寧工業(yè)大學(xué)，2016.

（作者單位：國網(wǎng)江蘇省電力有限公司張家港市供電分公司）