淺析新能源接入對電網電能質量的影響

許敏 劇錦濤

摘要：摘要：目前，隨著全球氣候變暖、生態環境惡化以及世界性能源危機的爆發，各個行業都在研究清潔節能的新能源，從而實現全球經濟的可持續發展。智能電網技術將可再生能源與電網有機結合起來，極大地推動了新能源的發展。新能源的利用方式分成集中式和分布式，將分布式新能源接入到電網中，嚴重影響了電網的穩定性和電能，因此，必須采取有效的措施，消除電網影響。該文主要分析了分布式電源并網對電能質量的影響并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：新能源接入;電網電能質量;影響

引言

目前新能源發電主要以風能和光伏為主，由于風電場風速或光伏電站光照強度處在動態波動變化中，新能源并網發電的輸出功率則存在較大隨機波動，這種較大功率波動將對電網產生一定的沖擊，主要對電網的電壓和頻率造成一定的影響。另外新能源發電系統電力電子設備使用較多，由于電力電子是非線性負荷，會產生諧波電壓和諧波電流，影響電網電能質量。

1分布式電源并網對電能質量的影響

1.1諧波和間諧波問題

諧波指的是電流或者電壓中含有的頻率就是基波頻率整倍數的分量，其中大于基波頻率且為整倍數的分量就是諧波。間諧波指的是那些非工頻頻率整倍數的諧波，一般是由非線性沖擊負荷或者較大電壓波動造成的，比如：異步電機、電焊機、變頻調速裝置等都是間諧波。微型電網的諧波和間諧波都對電能質量會產生一定影響，按照國際上通用的電能質量公用電網諧波的要求，0.38kV低壓電網的諧波電壓總畸變率最高不能超過5%。變流器是分布式新能源并網的諧波和簡諧波主要來源，通過同步發電機、異步發電機接入電網的分布式電源產生的諧波和間諧波對電網的影響比較小，幾乎可以忽略不計。但是經過逆變器接入電網的分布式電源會產生大量的諧波，這是由于電力電子元件的大量使用，增加了電力系統非線性負荷，產生了大量的諧波，諧波的介次和幅度受到發電方式的影響。

1.2新能源并網對于饋線穩態電壓影響

電網中通常都是利用投切電容器以及變動LTC的調壓分接頭進行電壓調節的，除此之外，極少會配備其它動態無功調整裝置。如果電網中所接入的新能源系統占比較大，則新能源電力系統功率的波動性會使得線路負載潮流極易產生較大波動，從而增加了電網穩定運行時電壓的調節難度，致使原有調壓措施可能無法達到新能源并網后電網系統對電壓的需求。如圖1為新能源系統未并網時其配電饋線節點1-13電壓都處于限定范圍之內，此刻變電系統有載調壓變壓器的分接頭處在+4檔;而在新能源電力系統并入變電站的低壓側后，因流經主變的功率降低，此時如果分接頭未降低檔位依然處在+5檔，那么饋線的后端節點電壓會越過限定值。由此可見，根據原有調壓方式可能會造成用戶側的電壓降低，所以在新能源系統并網發電時，對傳統調壓策略進行優化和改進非常必要。圖2表示饋線在最大、最小運行條件下，新能源并入不同配電饋線部位時饋線電壓的分布情況。1號曲線接入部位為主變的母線，2-4號曲線接入部位則不斷接近于線路的末端，由圖2可見，當新能源電力系統與主變母線距離越遠時，饋線的電壓將升高越多。因新能源電站容量在最小運行形式下相對于負載的比例較大，從而使電站的上游功率傳輸降低甚至產生逆流，并導致在最小運行條件下新能源系統在不同部位并入饋線的電壓分布情況，和在最大運行條件相比有很大幅度升高。對5-7號曲線，虛線表示新能源多點并入時電壓的穩態曲線，由此可知，當接入部位分散時其電壓分布比集中時要更為平滑，且分散度越高，饋線的末端節點電壓也將升高得越多。

1.3新能源引起的電網頻率變化

頻率若偏離正常范圍，對用戶、發電廠和系統本身都將造成很大的影響。頻率是和電力系統的有功功率有關的，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系。由圖3可見，在光伏發電輸出有功功率較小時，即使多臺光伏機組進行投切，電網的頻率在允許的50±0.2Hz范圍波動，若當新能源的發電容量占電網總容量的比例逐步增大后，由于新能源發電機組出力具有一定的隨機性，可導致電網的頻率經常波動。

1.4新能源并網會產生孤島問題

孤島問題的是因為在電網系統降壓后，接入的風電機組與光伏電站依舊在向電網供電，從而對降壓電網進行持續性供電，因此要充分結合本地連接負荷，確保其單獨運行，以防止引起孤島問題。孤島問題會造成電網系統頻率、電壓等的波動，在頻率與電壓波動范圍超出安全限定值后，將對設備穩定運行造成較大影響。在孤島事故下，電網會常常發生自動跳閘事故;同時，也可能在負荷容量中產生改變，在容量超出限定范圍后，則將在便運器內引起超負載狀況，進而造成逆變器的溫度大幅升高，然后會引起起火等事故。此刻，逆變器維護檢修人員將可能遭受重大傷害，嚴重時會威脅生命安全，即便再次閉合電路電閘，也將不起作用。因此，孤島問題不但會嚴重威脅電網系統的安全運行，并且也將對用戶人身安全造成重大隱患。

2電能質量改善方法和微電網技術

2.1改善電能質量的方法

改善電能質量的方法目前最普遍的就是加裝快速響應的動態無功補償裝置，比如：源濾波器、靜止無功補償器和控制器等。在中低壓配電網中，電壓的波動和電能符合變化與短路電容相關。在短路容量一定的情況下，無功補償是抑制電壓波動最有效的方法，這種方法對風電場作用明顯，將柔性交流設備運用在風電網，解決電網運行過程中存在的無功補償以及電壓穩定問題，能夠提高風電場的運行效率。比如：將SVC、UPFC以及靜止同步補償器運用在風力發電站中，對電力系統中的無功過剩、電網系統短路故障、風電場風速驟變等有極大的改善。其次，安裝超導儲能裝置也是解決分布式電源接入的電能質量問題的方法。超導儲能裝置是一種基于CTO的雙橋結構換流裝置，響應速度快，轉換率高，能夠獨立調節有功功率和無功功率，給電力系統提供功率補償。而且這種超導儲能裝置對接入點的電壓比較小，補功效果更加明顯。

2.2微電網技術的應用

微電網是由微型電源和電力負荷組成的系統，能夠提供電源和熱量，它將發電機、負荷、電力電子裝置以及各種分布式電源聯合起來，通過微電網內部的控制器、協調器以及能量管理器對電網進行有效的控制。微電網技術能夠協調各種分布式電源和主電網的矛盾，減少分布式能源并網對主電網的影響，從而提高電力系統的運行效率和可靠性。微電網中一般設置了儲能裝置，增加了電力系統的慣性，提高了電源對電力負荷階躍變化的響應速度，降低了頻率和電壓波動的影響。

3在智能微電網框架下電能質量的研究方向

大規模分布式電源接入形成的微電網引起了很多問題，隨著傳統電網逐漸向智能電網發展，為微電網的智能化發展提供了發展的契機。智能微電網具有智能電網的集成、互動、優化和自愈等優勢，在智能微電網框架下分布式電源微電網的電能質量還需要解決3個問題：第一，協調控制技術。電力系統的電能是瞬間平衡的，智能微電網同樣如此，多個微電源之間如何進行協調控制，保持電網的穩定性和可靠性，減小微電網對主電網的影響。Agent系統具有響應力、自愈性和自發性;MAS系統具有靈活分區、無功補償裝置定值自動修改等作用，能夠有效地解決微電網這一難題。第二，分布式儲能技術。微電網不僅要為電力用戶提供優質的電能，而且還要將分布式發電和儲能系統組成的微電網接入到電力主網中，電力用戶能夠從當地的微電網和主電網中同時獲得電力功率，排除電網中的干擾，從而確保電能質量。第三，直流微電網。與交流微電網相比，直流微電網需要使用專用的直流輸電線路，各個直流微電網比較容易協調控制，只要在為微電網與主電網之間設置一個逆變器，就能減少無功功率帶來的電力損耗，裝置能夠對直流微電網的電源和電力負荷進行補償。

結語

當前，由于新能源的特殊性以及我國在新能源方面技術能力方面還略有欠缺，這使得新能源在并網發電后對電網電能質量造成了一定影響，甚至一部分人對新能源的并網發電技術還提出質疑，這對我國新能源技術的發展產生了消極的影響，從而也嚴重威脅了電網系統的穩定運行。針對這些問題，必須要加大研究力度，不斷完善和優化并網技術，以促進新能源發電事業的不斷發展，從而以新能源向人類提供電力，保障人們的正常電力需求，進而使人們的生活質量得到不斷改善。

參考文獻

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