探討新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能的影響

王宇華

【摘 ?要】目前，在時代與科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的同時，我國電力事業(yè)迎來了發(fā)展高峰期，這也使得人們對電網(wǎng)質(zhì)量與安全也提出了更高的要求。而由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點，這導(dǎo)致新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中存在著不穩(wěn)定性、間斷性，不利于發(fā)電系統(tǒng)正常工作。因此，本文將對新能源發(fā)電并網(wǎng)給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來的影響進(jìn)行分析，希望可以為相關(guān)工作者的研究提供一些幫助。

【關(guān)鍵詞】新能源;并網(wǎng)發(fā)電;電網(wǎng)電能質(zhì)量

1 新能源發(fā)電并網(wǎng)給電壓帶來的影響

1.1 對饋線穩(wěn)態(tài)電壓的影響

對于電網(wǎng)和新能源發(fā)電站公共銜接點而言，其電壓穩(wěn)態(tài)狀況主要受到接入電網(wǎng)短路容量、輸電線路阻抗以及新能源發(fā)電穿透功率等因素的影響。以某地區(qū)50MW的風(fēng)電場公共銜接點電壓為例，通過風(fēng)電場輸出功率波動性對其影響的研究可以發(fā)現(xiàn)，在一定程度上，電網(wǎng)中電壓是由風(fēng)電場的輸出功率進(jìn)行支撐。而這一輸出功率可以分為兩種類型，即有功與無功，有功輸出與電壓支撐成正比;而無功輸出給電網(wǎng)帶來的影響主要是在0.5～1.0Mvar范圍中。

1.2 對電壓波動、閃變的影響

相較于常規(guī)能源發(fā)電，新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動性以及不可控制性等特點，這也就導(dǎo)致其在接入到并網(wǎng)后，會加大電量控制的難度。同時，這些不可控電量會將強(qiáng)烈電流沖擊帶給傳統(tǒng)電網(wǎng)，不但會使電網(wǎng)出現(xiàn)波動、閃變以及頻率偏差等問題，還會變更饋線潮流，在一定程度上增加電網(wǎng)不可控性與調(diào)峰容量余度。當(dāng)調(diào)峰容量小于一定范圍后，其會嚴(yán)重阻礙電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，必須在保證并網(wǎng)技術(shù)性能的同時，提高電網(wǎng)的電量接納能力，并增加其調(diào)峰容量。同時，在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，動態(tài)無功功率及有功功率調(diào)整功能發(fā)揮著重要作用，且并網(wǎng)中無功損耗問題也經(jīng)常會出現(xiàn)，因此，必須保證發(fā)電系統(tǒng)具備無功補(bǔ)償功能。只有這樣，才能有效應(yīng)對運(yùn)行過程中的電壓問題，從而促進(jìn)電網(wǎng)高效運(yùn)作。

2 新能源發(fā)電并網(wǎng)給頻率帶來的影響

在新能源并網(wǎng)發(fā)電中，新能源發(fā)電機(jī)組具有隨機(jī)性的特點，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)電容量占比超過一定范圍后，電網(wǎng)頻率會出現(xiàn)波動，從而給電力系統(tǒng)及用戶帶來不良影響?？梢园扬L(fēng)電場功率波動給電網(wǎng)帶來的影響轉(zhuǎn)換成一種傳遞函數(shù)，而這一函數(shù)主要涉及到風(fēng)電場輸出功率波動與火電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化，并通過利用風(fēng)電功率波動評估系統(tǒng)頻率模型的建立，以模擬、運(yùn)算等流程獲得最終結(jié)論，即當(dāng)火電機(jī)組自動發(fā)電系統(tǒng)功率波動處在0.01～1.0赫茲范圍內(nèi)，其會嚴(yán)重影響大電網(wǎng)。

在新能源發(fā)電站接入之后，為了對其給小電網(wǎng)頻率帶來影響進(jìn)行研究，可以通過火電廠單機(jī)等效模型的建立及電網(wǎng)頻率的變化數(shù)據(jù)對新能源發(fā)電并網(wǎng)給頻率帶來的影響進(jìn)行分析。以功率為1.5MW的新能源發(fā)電機(jī)組為例，假設(shè)頻率偏差在0.5赫茲以內(nèi)，通過計算可知新能源發(fā)電機(jī)組在穿透率達(dá)到18%時，頻率偏差最接近限定范圍值。因此，為了實現(xiàn)新能源的大規(guī)模使用，在發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中必須仔細(xì)研究新能源發(fā)電的波動性、間歇性特點，并有效結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度計劃與發(fā)電功率預(yù)測，對電網(wǎng)頻率進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，為發(fā)電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行提供有力保障，以此來滿足人們生產(chǎn)、生活的需要[2]。

3 新能源發(fā)電并網(wǎng)給諧波帶來的影響

并網(wǎng)風(fēng)電場和并網(wǎng)光伏發(fā)電站是新能源并網(wǎng)發(fā)電站的主要類型，且電力電子裝置是發(fā)電系統(tǒng)中最常使用的設(shè)備。但其在具體的使用過程中還存在著許多問題。并網(wǎng)光伏逆變器是通過脈寬調(diào)制進(jìn)行控制，同時，絕緣柵雙極型功率開關(guān)是其突出的物理特點，就會使并網(wǎng)光伏發(fā)電站在運(yùn)行中出現(xiàn)電壓電流諧波，而在光照強(qiáng)度和照射角度變化等因素的影響下，如浮云陰影效應(yīng)、物體陰影效應(yīng)以及光照強(qiáng)度改變等，發(fā)電站的輸出功率會出現(xiàn)波動間歇性的變化，從而造成電網(wǎng)諧波污染。通過研究可知，電流諧波畸變率在凌晨、傍晚階段的變化較大，若中午出現(xiàn)較大云量，其也會有所上升。

并網(wǎng)風(fēng)電場出現(xiàn)電網(wǎng)諧波的原因有兩方面：一方面是風(fēng)電場線路電抗與并聯(lián)補(bǔ)償電容器發(fā)生諧振，從而使得諧波產(chǎn)生，具體可以分為與變速兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)諧波。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是在軟啟動階段通過電力電子裝置與電網(wǎng)的直接相連導(dǎo)致的諧波產(chǎn)生，而變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)則是利用逆變、整流裝置才能連接到電網(wǎng)系統(tǒng)中，在這種情況下，若電力電子裝置切換的頻率在諧波產(chǎn)生范圍內(nèi)，那么其就會給電網(wǎng)運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響;另一方面，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身的電力電子設(shè)備也會導(dǎo)致諧波產(chǎn)生。通過研究風(fēng)電場中全功率變頻的變速發(fā)電機(jī)組可知，電流諧波的大小主要受到該機(jī)組開關(guān)頻率與調(diào)制方式的影響。定開關(guān)頻率調(diào)制通常是在開關(guān)頻率或者是倍數(shù)情況下會導(dǎo)致諧波出現(xiàn)高峰數(shù)值，而變開關(guān)頻率調(diào)制則具有整次諧波頻帶及較寬間諧波。

在一定程度上，諧波電流還會給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害。諧波電流給新能源電網(wǎng)造成的畸形現(xiàn)象，會嚴(yán)重降低電網(wǎng)中的電能質(zhì)量，并給電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中埋下了安全隱患，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致電力系統(tǒng)的整體癱瘓，不利于人們正常進(jìn)行生產(chǎn)活動與日常生活。因此，必須從兩方面入手，有效解決這一問題。一方面，在風(fēng)電場中，應(yīng)該盡量接連種類不同的風(fēng)電機(jī)，減少單一恒速風(fēng)電機(jī)或者是變速風(fēng)電機(jī)的密集接連，從而有效避免其給帶來較高的諧波電壓;另一方面，應(yīng)該將可以對諧波進(jìn)行過濾的相關(guān)裝置安裝在電力系統(tǒng)中，以此來降低新能源并網(wǎng)中的電網(wǎng)諧波。同時，還可以通過動態(tài)無功補(bǔ)償裝置或者是靜止無功補(bǔ)償裝置的使用，有效減少電網(wǎng)的諧波含量[3]。

4 新能源發(fā)電并網(wǎng)缺乏成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點，這也就使得我國目前還沒有形成統(tǒng)一的新能源發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的影響下，當(dāng)前我國只能對部分大、中型的新能源并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。同時，我國檢測新能源并網(wǎng)的技術(shù)也缺乏統(tǒng)一性，其中還存在著大量問題，嚴(yán)重阻礙著新能源發(fā)電并網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，必須對電網(wǎng)系統(tǒng)的認(rèn)證與檢測工作進(jìn)行完善。

目前，在對新能源發(fā)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)中的、電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行以及穩(wěn)定性等方面帶來影響的研究中，我國并沒有專業(yè)性的探討，而對于電網(wǎng)接納能力等技術(shù)性問題，也沒有得出相關(guān)結(jié)論。同時，在對有功控制能力、無功控制能力、低電壓穿越能力以及接入系統(tǒng)電能質(zhì)量等內(nèi)容進(jìn)行檢測時，檢測方法也存在問題，缺乏對、雙向計量設(shè)備、逆變器、系統(tǒng)安全運(yùn)行以及控制器等方面的有效測試。而大、中型新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)在廣泛使用下，會對相關(guān)政策措施、電網(wǎng)的接納能力以及電量調(diào)度運(yùn)行提出更高的要求。

5 結(jié)語

綜上所述，新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)雖然能夠滿足人們用電需求，但由于受到技術(shù)水平的限制，其會給電網(wǎng)電壓、頻率以及諧波等帶來不良影響，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。因此，相關(guān)部門必須加大技術(shù)研究力度，并結(jié)合實際情況，建立起科學(xué)、統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從而促進(jìn)電力企業(yè)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鵬.淺析新能源發(fā)電并網(wǎng)對電能計量的影響及處理措施[J].科技與企業(yè)，2015，（15）：237.

[2]黃強(qiáng)，朱有明.新能源分布式發(fā)電并網(wǎng)對整個電網(wǎng)的影響分析[J].電子世界，2014，（16）：80-81.

[3]祝鵬，趙秋鵬.新能源并網(wǎng)過程中電能質(zhì)量問題研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012，（33）：23-25.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司）