新能源接入對電網(wǎng)運行影響分析

國網(wǎng)南通供電公司 黃 曄 李 一

分布式發(fā)電是借助新能源進(jìn)行的發(fā)電，和傳統(tǒng)的發(fā)電方式特點截然相反，沒有很集中、功率也不是很大。在利用新能源進(jìn)行發(fā)電時既存在著一定的優(yōu)勢，也有在所難免的弊端。

光伏發(fā)電是借助于半導(dǎo)體材料使光能和電能間通過特定的效應(yīng)實現(xiàn)兩者間的轉(zhuǎn)換，優(yōu)勢是對環(huán)境不會產(chǎn)生負(fù)面影響，對于不可再生石化能源的消耗為零，在任何地方都可以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；弊端是所投入的成本和電能轉(zhuǎn)化效率不易控制，在短時間里光能被轉(zhuǎn)化為電能的速率慢且量少。

風(fēng)力發(fā)電是相關(guān)的機(jī)械在自然風(fēng)吹動的作用下產(chǎn)生動態(tài)變化，繼而電能就可以通過機(jī)械能轉(zhuǎn)換得到。風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢是無污染、潔凈，取之不盡用之不竭；弊端是穩(wěn)定性得不到保障，還有受地域影響比較嚴(yán)重，不同地域風(fēng)分布以及大小不同。此外還有很多新型潔凈的能源，像海洋能、生物質(zhì)能、沼氣等都可以用來發(fā)電，但國內(nèi)對于一些新能源的研究還處于起步階段，所以這些新能源在發(fā)電中還暫時得不到普及。

1 新能源發(fā)電接入對電網(wǎng)的影響分析

1.1 對配電網(wǎng)評估指標(biāo)的影響

1.1.1 短路電流

在電網(wǎng)和分布式電源的連接處會放置逆功率繼電器，其功能是感應(yīng)電流的方向，在發(fā)生電流逆流時及時將兩者斷開，使其不會受到影響。一般在所有的部位都維持正常功能時，電網(wǎng)主網(wǎng)是接收不到逆流功率的，但發(fā)生故障時其產(chǎn)生的電流就會發(fā)生逆向流動，且流動方向是主網(wǎng)向分布式電源，因此會影響到相關(guān)開關(guān)的動作值。所以為使電網(wǎng)能正常供電，在分布式電源功率高于額定值時，就要對其短路水平進(jìn)行測試，若和電網(wǎng)主網(wǎng)連接的分布式電源所承受的電流有限，還要考慮分布式電源故障處的電流值，新能源接入配電網(wǎng)對短路電流的影響有固定的體現(xiàn)點，就是電網(wǎng)線路源節(jié)點處[1]。短路電流值是被控制在一定的范圍內(nèi)的。只有這樣，在發(fā)生線路故障時源節(jié)點處的開關(guān)才能正常斷開。

1.1.2 電能質(zhì)量

分為電壓合格率、諧波以及三相不平衡，其中電壓合格率是指在一定的期間內(nèi)對電壓進(jìn)行測定，然后將合格電壓所保持的時間和總檢測試件相比。電網(wǎng)在運行時電壓會發(fā)生變化，這是因為分布式電源作為傳統(tǒng)集中式發(fā)電模式的補(bǔ)充，在接入電網(wǎng)時會產(chǎn)生大量的功率，這就造成了電網(wǎng)分支線路的無功功率超過極限值，就會使電壓超大，降低了電壓的合格率。諧波產(chǎn)生的源頭就是分布式電源，因為這種電源給配電網(wǎng)提供的電流是電子設(shè)備不能直接利用的直流，需相關(guān)的直交流轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為交流。這個轉(zhuǎn)換過程會使電壓、電流的波形不能保持原來的形態(tài)，所以諧波電流就產(chǎn)生了。三相不平衡指的是系統(tǒng)中的三相電壓不平衡，也就是電網(wǎng)中的三相負(fù)荷不平衡，這也是分布式電源引起的，將其接入低電壓電網(wǎng)中會使電網(wǎng)中的負(fù)載呈現(xiàn)單相狀態(tài)，繼而不能使電網(wǎng)保持正常的工作狀態(tài)。

1.1.3 可靠性

新能源在穩(wěn)定的光照和風(fēng)力條件下才能使分布式電源正常運行。但在實際中新能源是否發(fā)揮作用卻受到整個電網(wǎng)運行的影響，如分布式電源處于非正常工作狀態(tài)，這就使配電網(wǎng)的供電處于非穩(wěn)定狀態(tài)。另一方面，配電網(wǎng)中經(jīng)常會出現(xiàn)電流不能順暢地到達(dá)輸出終端或線路承載達(dá)到極限的問題，最終會影響電網(wǎng)的使用周期，而分布式電源則有效解決了這個問題。提高電網(wǎng)可靠性的做法就是對新能源進(jìn)行處理，使電網(wǎng)的電壓隨著故障做出相應(yīng)的調(diào)整，使其不會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，且新能源功能的發(fā)揮也不再受燃料限制，可以在系統(tǒng)不正常供電時仍能使分布式電源正常為電網(wǎng)供電。

1.1.4 網(wǎng)損

分布式電源接入配電網(wǎng)的位置不是一定的。如是在負(fù)荷附近，就要考慮分布式新能源發(fā)揮作用的大小與接入點荷載大小，并對它們進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果判斷新能源對配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響是否有利。若前者小于后者則影響是有利的；若前者大于后者中的一個任意接入點負(fù)荷、但小于后者總體負(fù)荷，影響總體是有利的、但對接入點周圍的配電網(wǎng)影響是不利的；若前者總體大于后者、只是前者的一半是不小于后者的，影響則是不利的。

1.1.5 線路負(fù)載率

是檢驗電路利用率及電能傳遞效率的參考依據(jù)。一方面，如此值較低就證明電路中的容量還未達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就沒有得到有效利用；另一方面，提高系統(tǒng)潮流的調(diào)度能力，電線就不會因達(dá)到承受極限而出現(xiàn)使用周期縮短的問題，也能使電能流動較暢通[2]。

1.2 對電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響

在電力系統(tǒng)方面，最主要的目的就是為給客戶帶來較高質(zhì)量的電能。電能質(zhì)量涉及到電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量等有關(guān)問題。電能質(zhì)量嚴(yán)重影響著電網(wǎng)、發(fā)電以及用電有關(guān)設(shè)備的使用情況、工作效率與使用時間等，有可能還會影響到電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。大量接入各種新能源會嚴(yán)重影響到電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。如，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所擁有的波動性會導(dǎo)致電網(wǎng)產(chǎn)生畸變率以及電壓波動等一些問題。可在逐步提高風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的同時，也就不斷完善與優(yōu)化了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，從而不斷提高了電能質(zhì)量。

此外，有效應(yīng)用無功電壓支撐設(shè)備及電力濾波設(shè)備能有效地處理電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些問題，提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量的提升主要在于新能源使用對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響實施定性分析，還要制定與完善電能質(zhì)量的任務(wù)，科學(xué)評價新能源并網(wǎng)的電能質(zhì)量，根據(jù)實際情況作為依據(jù)做出比較有針對性的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 對電網(wǎng)功率產(chǎn)生的影響

針對電網(wǎng)運行而言，電網(wǎng)功率平衡問題關(guān)系著其是否可以安全有效的運行。新能源在使用前，通過調(diào)整發(fā)電機(jī)等元件來達(dá)到電網(wǎng)發(fā)電功率的平衡；在新能源使用后，由于大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)，造成發(fā)電機(jī)組中出現(xiàn)調(diào)節(jié)功能方面問題，使其功率平衡的調(diào)整變得更為復(fù)雜。如風(fēng)能發(fā)電，由于穩(wěn)定性不足，所以在發(fā)電時會出現(xiàn)一些波動問題，也就會與電網(wǎng)自身的設(shè)備發(fā)生沖突，特別是夜間會造成電網(wǎng)電壓比較不穩(wěn)，從而對整個系統(tǒng)的功率平衡問題產(chǎn)生一定的影響。

1.4 對電網(wǎng)安全性產(chǎn)生的影響

電網(wǎng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)線路連接會出現(xiàn)雙向電流，會影響到電網(wǎng)的安全控制。有風(fēng)時電網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保持連接，如風(fēng)速一直在變化，頻繁的改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組會破壞接觸器。要是只使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組短時間運行，會讓電網(wǎng)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的連接線出現(xiàn)雙向電路，也就對電網(wǎng)的繼電器有了很大的要求。因異步發(fā)電機(jī)未有獨立的勵磁設(shè)備，出現(xiàn)短路故障后在電路中只能出現(xiàn)非常小的電流。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的一個難點問題，是出現(xiàn)電路故障后測量出微小電流來判定電路故障發(fā)生的位置，讓保護(hù)設(shè)備能第一時間發(fā)出警報，也就對保護(hù)設(shè)備的靈敏性有了較大的要求。

1.5 其他影響

對電網(wǎng)潮流產(chǎn)生的影響。在電網(wǎng)中大規(guī)模的接入新能源后，因新能源有著很大的波動性與隨機(jī)性，因此會對電網(wǎng)潮流產(chǎn)生影響，將多元化功率加入整個電網(wǎng)潮流，電力系統(tǒng)的有功分布和無功分布規(guī)律也就會非常不穩(wěn)定，對電網(wǎng)損耗的監(jiān)控會產(chǎn)生一定影響。同時由于在電網(wǎng)中接入新能源的方法和規(guī)模不一樣，因此電網(wǎng)產(chǎn)生的損耗也不一樣，為降低電網(wǎng)運行中電能損耗，當(dāng)前最需要處理的問題是：要構(gòu)建風(fēng)電與光伏發(fā)電電潮流接入概率模型；要分析和計算潮流概率模型的構(gòu)建；要對不同接入時間點、不同接入地點的網(wǎng)損與不同接入容量方面的網(wǎng)損進(jìn)行比較；要重點重視概率潮流的安全校核問題。

對繼電保護(hù)的影響主要有三方面：使原有保護(hù)不能發(fā)揮正常功能。在發(fā)生故障時保護(hù)裝置會在第一時間發(fā)揮作用，但有個前提，就是使線路電流大小能為保護(hù)裝置所滿足，但分布是新能源的接入使線路電流隨著潮流減小而減小；不僅會使故障處的保護(hù)裝置失去作用，還會使電流流過的正常線路出現(xiàn)保護(hù)裝置發(fā)生錯誤動作；控制潮流的方向很重要，所以就需投入大量資金對線路進(jìn)行相關(guān)裝置的設(shè)置，這樣就增加了成本[3]。

對配網(wǎng)規(guī)劃、負(fù)荷預(yù)測及調(diào)度的影響主要有三方面：對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響。使其預(yù)測的負(fù)荷不再準(zhǔn)確，但也有積極影響，會使設(shè)備得到有效利用，減少了相關(guān)成本的投入；對短期負(fù)荷預(yù)測的影響。新能源的接入使其預(yù)測過程受到很多因素的影響，所以預(yù)測結(jié)果不理想，就不能使輸送的電能達(dá)到預(yù)期效果；對電網(wǎng)調(diào)度的影響。新能源的接入使潮流信息收集的準(zhǔn)確性降低，就不能對電網(wǎng)進(jìn)行有效控制和管理，所以電網(wǎng)的調(diào)度也會受到挑戰(zhàn)。

2 新能源發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)方面。在有效應(yīng)用電力電子背靠背變頻技術(shù)后，有效調(diào)節(jié)了發(fā)電功率，從而使電磁轉(zhuǎn)矩控制機(jī)組安全可靠的轉(zhuǎn)動，并合理調(diào)節(jié)了轉(zhuǎn)速；在定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的控制方面。科學(xué)合理進(jìn)行并網(wǎng)可高效對并網(wǎng)時產(chǎn)生的沖擊電流展開合理的控制，從而可有更加科學(xué)有效的風(fēng)力發(fā)電效果；在定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的具體狀況方面。此機(jī)組通常使用異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)展開有關(guān)發(fā)電工作，此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)勵磁自身則是無功的，則需汲取與吸收外界自然環(huán)境的。此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用軟并網(wǎng)設(shè)備，且在具體應(yīng)用中還不可以調(diào)節(jié)其內(nèi)在的葉輪節(jié)距角。在應(yīng)用定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時，風(fēng)速超過額定風(fēng)速以后要根據(jù)具體情況選擇其他保護(hù)措施，保證新能源發(fā)電的具體情況可達(dá)到社會發(fā)展所需。

在定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)方面。此發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)的主要裝置通常使用750kW異步發(fā)電機(jī)，保證可以達(dá)到35kV[4]。此發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)可有效控制并網(wǎng)時的沖擊電流，并逐步打開轉(zhuǎn)速一定的雙向晶閘管導(dǎo)通角，軟并網(wǎng)開啟時吸取的有功與無功比較小，根據(jù)有關(guān)研究表明，軟并網(wǎng)開啟時沖擊電流大約為三倍，在一定范圍內(nèi)小于直接并網(wǎng)的沖擊電流，所以有著更好的應(yīng)用性。

2.2 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)

在我國的發(fā)展中太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)取得了一定成績，在應(yīng)用過程中也還要一定的技術(shù)幫助，就現(xiàn)階段的技術(shù)而言，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)通常包含三種結(jié)構(gòu)形式：獨立戶用型、并網(wǎng)和獨立型。

并網(wǎng)型要很大的場地，對整個太陽能光伏系統(tǒng)也提出了很高要求，在通過收集電壓電流以滿足供電效果。獨立型通常用于居民房頂或建筑物樓頂，不僅能達(dá)到人們的日常用電量，還能產(chǎn)生更多的電力輸送到電網(wǎng)系統(tǒng)。并網(wǎng)和獨立型相結(jié)合一般是用于控制電壓源頭，以實現(xiàn)切換效果。在具體應(yīng)用時，太陽能光伏發(fā)電中比較大的一個問題是怎樣保證控制好電能質(zhì)量。目前，我國電網(wǎng)技術(shù)有關(guān)人員采用波頻率的形式對濾波器設(shè)備進(jìn)行完善與優(yōu)化，并通過分析與評價群控技術(shù)，然后實現(xiàn)控制電力系統(tǒng)諧波電流參數(shù)的效果。現(xiàn)階段，在應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電時一定要對安全防護(hù)設(shè)備加強(qiáng)重視，還要有效掌握接入式改變電力系統(tǒng)的方法，以免在此期間因設(shè)備熔斷或斷路器設(shè)備發(fā)生安全故障引起運行問題，保證具有安全穩(wěn)定的電力系統(tǒng)。

3 結(jié)語

我國在不斷地發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)，提高能源的安全水平，有利于環(huán)境保護(hù)。對當(dāng)前我國有關(guān)技術(shù)的研究表明，新能源發(fā)電技術(shù)已有了很大的成果，可以安全地把生產(chǎn)的電力輸送至電力系統(tǒng)。可是在電網(wǎng)中大量的新能源接入產(chǎn)生了一些問題需要及時進(jìn)行處理，由于新能源基地通常都是建立在較為偏遠(yuǎn)的區(qū)域，其環(huán)境也是比較差和復(fù)雜的，致使新能源傳輸網(wǎng)絡(luò)也比較差。因此，與其他發(fā)展國家相比我國新能源發(fā)電基地地理環(huán)境條件有很大的差距，這時就會因新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與大量的應(yīng)用為電力系統(tǒng)的預(yù)測、評價以及規(guī)劃帶來很大的不確定因素。所以，對新能源發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析非常重要。