新能源并網對電力系統電能質量的影響

楊俊麗

（洛陽科技職業學院 機電工程學院，河南 洛陽 471000）

0 引 言

風能、光能以及水能等新能源的發展和應用不斷推動國家能源技術的深入改革。為了踐行“綠水青山就是金山銀山”和“綠色環?？沙掷m發展”，國家和政府已在逐步提升新能源在國家能源使用中的占比。截止到2020年初，國內風電發電機已經累計裝機容量達到2×108kW，太陽能光伏發電累計裝機容量也已經超過1.9×108kW?？傮w來看，新能源電力系統的裝機占比已經超過總體電力系統的20%以上。未來從環保、節能以及經濟角度來看，新能源發電技術仍會持續性向好、向快發展。但是新能源接入到原有的國家電網體系后，對原有電力系統和電能質量會帶來一系列影響，這也是國家電網所需要關注的問題。

1 新能源并網發電系統的相關內容

1.1 電力系統概述

21世紀之前，人類對地球資源進行了許多掠奪式的消耗和開采，使得地球資源中許多不可再生資源已經面臨消耗殆盡的危險，世界性能源危機的爆發和生物環境的惡化早已在數年前就已經向人類敲響了警鐘。為此，各國在近年來不斷加大對風能、水能、太陽能以及熱能等清潔可再生資源的開發研究。目前為止，我國已經在光伏發電和風力發電方面做出了一定成績，新能源發電機的容量也在逐步加大，2020年分布式發電機和能源容量已經突破了1.6×109kW。在新能源技術的發展下，多種分布式電源和發電方式可以很大程度上解決當前國家電力系統電容不足的問題，在夏季和冬季這兩個用電高峰季也可以滿足城市的用電需求。在取得研究和實踐成果的同時，多種分布式電源在接入原有的國家電網體系后，對于原來的配電網系統也產生了不同程度的影響。配電系統已經從原有單一的分配電能逐漸轉變為集合生產、傳輸以及儲存于一體的多功能電力系統網。而且由于當前新能源發電技術和系統還遠未達到十分成熟的階段，所以新能源發電還存在波動性和隨機性等問題，使得在并入原有電力系統后時常會造成諧波污染與電壓波動等問題，給電力系統帶來了許多不可預知的風險，也在一定程度上影響到了原有的電能質量。

1.2 電能質量概述

各個國家依照生活需求和用電需求的不同，在電能質量方面的要求有不同表述。就國內而言，電能質量是體現在相關電力企業在對用戶提供電能時，各項指標要符合國家電網所規定的用電標準、技術規范以及安全保障等，在保證電能平穩輸送的基礎上最大程度地保證用戶的用電安全，為用戶提供安全可靠的電能。而從普通用戶的角度來看，電能質量較高的理解就較為簡單，基本可以理解為在日常的用電過程中，電壓、波形以及頻率等因素不會受到大幅度的干擾而產生巨幅波動的情況。當然，一般輕度的電能質量波動用戶也很難察覺到。此外，在日常民用的電力設備中，各種電器設備也會在一定程度上影響用電質量和用電安全。

根據電網系統的運行情況，將電能質量大致歸納為供電、電壓以及電流質量3個方面。供電質量的影響因素包括技術方面和非技術方面，技術方面可以參考電壓的穩定程度和質量，非技術方面即電力公司對于相關電力生產和服務水平等方面。電壓質量表現在電壓偏差、過電壓以及欠壓等方面，電流質量表現在陷波和電流諧波等方面[1]。

2 新能源并網對電力系統電能質量的影響

2.1 新能源并網對電網系統發電穩定性的影響

太陽能發電技術已經被廣泛運用到多個行業和領域。但是在實際的利用中，太陽能的優缺點也十分的明顯。太陽能發電會受到氣候、天氣、溫度以及地理環境位置等因素的影響，如在陰雨天或冬季，太陽能發電的效果就會大打折扣。各種環境因素的影響下，太陽能光伏發電系統最終產生的發電量會有較大的差異，輸出功率上也會有很大變化，這就會直接導致電壓波動的問題。

風力發電受到風速和風力大小的影響，最終產生的電能質量和功率也會有所不同，將會導致產生電壓波動和閃變。

新能源發電系統在設備開關和功率輸出等方面也會因為各種技術原因和自然原因產生波動，外界因素對于電能質量和電壓穩定影響較大，所以在新能源并網后會加大對電壓調節的難度。傳統的調壓設備和方式在新能源接入原有電力系統后已經漸漸無法滿足并網過后電力系統的安全，所以需要改善相應的技術和管理方法。

2.2 新能源并網后的孤網問題

新能源并網后所產生的孤網問題會對電網的安全性產生極大影響。孤網即孤島電網，其是由多個小型發電機組或者系統相互聯合后所搭建起來的局域性電網，以此在大電網運行減弱或者電壓降低時，新能源的電力系統可以繼續運轉和發電，在大電網失壓的情況下持續給其輸送電力，這也就是孤網問題所帶來的危害[2]。孤網現象的發生可能會導致電網中電力系統和電能質量都發生不同程度的波動，如果類似電壓或者頻率發生大規模和大幅度的波動，超出原有電網系統可以承載的運行標準就極可能會導致電力設備的安全問題。例如，電線和電路發生電壓紊亂，進而跳閘，電壓電流的載荷超過預期安全標準，給逆變器造成負荷，嚴重的可能會導致相關儀器設備高壓起火，造成生命財產安全問題。

2.3 新能源并網后對電網頻率的影響

利用新能源技術進行發電在環保、節能以及可持續發展等方面有很大的優勢，但是在穩定性方面還需要技術性的突破。在原有的電力系統中，電能的生產、儲存傳輸等系統都具有較高的系統性和完整性，在運行頻率方面很少會出現大規模的異常問題。尤其對于一些容量不大的小城鎮發電站來說，即使很多機組產生投切問題也很少會出現頻率異常的問題。但是新能源并網后，其供電比例逐步增大，超頻現象頻繁。而這類問題產生的主要原因在于太陽能光伏發電、風能發電的間歇性和不穩定性，自然因素的變化極大影響電力系統的發電過程和效果。因此，電網管理人員需要全方位地考慮新能源發電的影響因素，對于這類間歇性波動問題要盡早研究出解決對策，從而保證電網的運行安全和用戶用電安全。

2.4 新能源并網標準方面的問題

新能源技術所帶來的影響和成果十分巨大，風能、太陽能、水能、熱能以及生物能等在科學技術的突破下有了不錯的成果。但是新能源過分依賴于自然環境，其地理位置的分布也十分復雜。例如，風能發電多是建立在海域和高原等開闊區域，太陽能則是布置在海拔較高或光照時間較長的區域。這些發電系統和設備在并網后很難搭建起一個統一的標準，由于當前的技術問題和電力布置問題導致實際應用上存在成本高、普及和應用難等問題，缺乏相應的標準和技術協調，因此很難保證新能源并網后電力系統的穩定性和安全性。

2.5 新能源并網后的諧波問題

風能發電系統在接入原有的電網后所造成的諧波問題會影響到系統設備的運行安全和穩定性，同時也會導致電力生產和使用時的能量浪費情況。從風力發電設備的技術方面來看，發電設備自身會產生一定的諧波問題，恒速發動機在開啟時就會產生諧波現象[3]。而變速發動機在頻率切換時容易產生諧波問題，且影響程度較大。此外，一些發電系統為保證設備平穩運行而加裝的補償裝置也可能會引發諧波。太陽能光伏發電因為光照的強弱，其輸出功率產生一定程度的波動，產生諧波問題。

3 新能源并網后的問題思考

3.1 并網后穩定性的問題

新能源技術的研究和應用有了較長時間的發展，但對于其在電網系統中的電能穩定性研究分析還有不足，需全面認知到設備技術對電能質量所帶來的影響以及與其他設備和路線之間的兼容問題等[4]。因此，在電網的統一標準方面，相關部門還需要加強對各類建設標準的研究。針對穩定性方面，建議相關部門盡可能在滿足自身和民眾信息安全的基礎條件下，對于各區域中低壓分布式電源系統信息進行持續性監測，不斷調整各類信息的接入方式和口徑，提升分布式電源信息的接入率，來到達對分布式電源較高觀測度[5]。在逐步完善部分系統可控的情況下，達到群控群調的目標。

3.2 發電穩定性問題

新能源技術的產生基礎還是來源于自然環境，以目前的人力技術來看，難以對自然環境起到有效的干預。為了消除自然因素對電能質量和電力系統的影響，可以從電力設備的本身來尋找解決問題的方案。

首先嘗試利用科學手段來加強設備技術的革新，從能源設備技術方面來不斷提升自身電能生產傳輸的可靠性和穩定性。其次加強電網系統的自動調節控制功能，調控和平衡電力峰值狀況。最后通過在電力系統中設置相關的補償技術，來應對一些系統發電中產生的無功率運轉問題，從而來減少能源浪費。

3.3 諧波問題

諧波作為新能源并網后較為常見的問題之一，對于原有電網系統的損害也較大。在很多設備、儀器或者線路電容器中都會產生諧波問題，雖然問題出現較為頻繁，從目前的技術水平來看該問題還是處于一個可控的范圍內。電網部門通過一定的措施可以對其進行規避和預防，如在風力發電廠設備中加強各類設備的協調連接，設置適當的諧波抑制儀器等。

3.4 孤網問題

處理孤網問題需要從其產生的原因出發。新能源機組在與原有的電網電源連接后，由于新能源發電系統相較于原有的電力系統是一個獨立且功率較小的電源，因此在實現數據共享方面會產生一定的問題。在解決此類問題時，要著重強化新能源與原有電網的信息適配程度，加強電網和新能源系統的協同調控功能，這樣可以在一定程度上減少新能源并網后的信息孤島效應。

4 結 論

現階段，太陽能光伏發電和風力發電技術深入發展，新能源的利用比重隨著時間進一步加重，這也會對國家能源、生態環境以及經濟等方面產生積極作用。新能源機組的快速發展可能會對原有的電網系統帶來較大影響，國家電網部門則需要進一步完善和革新相關的電力系統和電力保障制度，從設備機理、規模管控以及技術深入等多方面來作為新能源并網問題的解決切入點。隨著技術和管理的進一步完善，未來新能源技術的廣泛應用會為國家的經濟發展和民生帶來極大的推動作用。