徐嘉瑋

（蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

1 新能源發(fā)展的概況

新中國(guó)成立后，經(jīng)濟(jì)建設(shè)作為我國(guó)的重要任務(wù)之一，對(duì)煤、石油等化石資源的需求顯著增加。隨著電能的廣泛應(yīng)用，煤炭作為當(dāng)時(shí)最易獲取的資源，在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，火力發(fā)電成為了最主要的發(fā)電方式。隨后，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度得到了世界的認(rèn)可，但在發(fā)展過程中能源的使用量增加一倍。由于使用了不成熟的發(fā)電技術(shù)和環(huán)境治理技術(shù)，能量轉(zhuǎn)化效率較低，且煤炭的過度使用排放了大量的有毒物質(zhì)。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間的不協(xié)調(diào)問題日益突出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐明顯遲緩，為此我國(guó)提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，不斷促進(jìn)能源改革，改良發(fā)電技術(shù)提高能源轉(zhuǎn)化率，并大力開發(fā)新能源，使環(huán)境和經(jīng)濟(jì)共同發(fā)展。目前，我國(guó)已形成多種能源結(jié)合的多元化能源體系。2012年，水電、風(fēng)電、核電、太陽(yáng)能等能源占一次能源消費(fèi)比重已達(dá)到8.3%[1]。

2 新能源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量影響的具體表現(xiàn)

2.1 對(duì)電壓的影響

光伏發(fā)電利用太陽(yáng)輻射的光能和熱能發(fā)電，易受到光照和溫度等因素的影響。在不同的時(shí)間不同的地點(diǎn)，由于光照和溫度不同，導(dǎo)致發(fā)電功率發(fā)生較大變化，引起電壓的改變。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力機(jī)組將風(fēng)流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，受風(fēng)力條件影響較大。為了減少這種影響，一般將風(fēng)力發(fā)電廠建立在風(fēng)速較大相對(duì)穩(wěn)定的地點(diǎn)。電壓產(chǎn)生波動(dòng)和閃變的主要原因是輸出功率的影響。在電力系統(tǒng)中，新能源機(jī)組會(huì)在開啟、停止的運(yùn)行過程中產(chǎn)生波動(dòng)，電網(wǎng)同樣也容易產(chǎn)生閃變和波動(dòng)。閃變和波動(dòng)程度與電網(wǎng)的短路容量比有關(guān)，因此需選用合適的線路阻抗比，并且使用電能質(zhì)量抑制器減少對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊。

2.2 對(duì)電能頻率的影響

電能頻率穩(wěn)定是衡量電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。民用和工業(yè)用電有不同的頻率要求，是居民正常用電和安全生產(chǎn)的保障。頻率異常在電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用中并不多見，在發(fā)電機(jī)容量較低時(shí)，對(duì)電能頻率的影響較小。但是，在新能源機(jī)組大規(guī)模并網(wǎng)后，新能源的發(fā)電量比例大幅增加，電網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)頻率的變化，給電網(wǎng)的安全使用帶來隱患。以目前最廣泛使用的風(fēng)力發(fā)電舉例，風(fēng)電廠功率波動(dòng)符合某一函數(shù)關(guān)系，很小的頻率改變都會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。如果機(jī)組穿透率為18%，那么最大頻率偏差會(huì)接近極限值[2]。要想盡可能減少新能源發(fā)電機(jī)組發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，又要提高使用新能源發(fā)電的比重，必須重視風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電本身的間歇性問題，合理調(diào)整，降低其對(duì)電網(wǎng)的不良影響。

2.3 對(duì)電網(wǎng)諧波的影響

新能源發(fā)電站的運(yùn)行會(huì)受到自身和外界的影響，易出現(xiàn)電壓電流諧波，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。由并網(wǎng)光伏發(fā)電特性可知，光照強(qiáng)度、陰影變化、浮云陰影問題都會(huì)導(dǎo)致發(fā)電功率的變化，會(huì)出現(xiàn)諧波污染和電壓波動(dòng)的問題。此外，在新能源發(fā)電過程中，由于發(fā)電機(jī)組自身的原因也會(huì)產(chǎn)生一定的諧波畸變。為了實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)換，光伏發(fā)電系統(tǒng)中會(huì)大量使用電子換流器，但這樣會(huì)產(chǎn)生電流諧波畸變。這些諧波電流的波形不穩(wěn)定，電抗器和電容器本身的諧振規(guī)律會(huì)加重其畸變的程度。同樣，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中也存在電抗器和電容器，而電容和電抗的相互作用產(chǎn)生諧波畸變。以上這些原因?qū)е碌闹C波電流電壓畸變，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。

2.4 對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

在新能源并網(wǎng)前，我國(guó)的電力系統(tǒng)是單電源模式。新能源作為電源接入電力系統(tǒng)后改變了這一現(xiàn)狀。新能源和常規(guī)能源的相互作用影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在新能源比重逐漸加大后，增大了電網(wǎng)發(fā)生故障的幾率，也增加了繼電器保護(hù)電路的難度，發(fā)生故障時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確快速地做出保護(hù)動(dòng)作，甚至擴(kuò)大故障范圍，所以必須改善電網(wǎng)架構(gòu)。

3 優(yōu)化電網(wǎng)質(zhì)量和穩(wěn)定的措施

3.1 優(yōu)化對(duì)電能質(zhì)量的控制

由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等自身的特性，發(fā)電系統(tǒng)在不同時(shí)段輸出的功率差距較大，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來了危害。為了減少電力系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，最好在新能源并網(wǎng)處安裝電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)中電壓波動(dòng)、電壓偏差、諧波變化的情況。在不滿足使用要求的情況下，通過安裝有源電壓濾波器和無(wú)功功率補(bǔ)償器等[3]措施來改善電能質(zhì)量。

3.2 發(fā)展相關(guān)先進(jìn)技術(shù)

限制我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)最重要原因是發(fā)電、輸電技術(shù)的不成熟。先進(jìn)的技術(shù)可以起到改善發(fā)電質(zhì)量的作用。以光伏發(fā)電為例，一方面通過機(jī)械自動(dòng)控制裝置改變太陽(yáng)能板的工作點(diǎn)來達(dá)到發(fā)電功率相對(duì)恒定的目的，另一方面利用儲(chǔ)能裝置的輸出功率容易控制的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的調(diào)節(jié)，但提高了對(duì)電池的要求。根據(jù)新能源并網(wǎng)規(guī)模改善供配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可減小在發(fā)生故障后電力系統(tǒng)做出正確反應(yīng)的難度，使供配電系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定。

3.3 強(qiáng)化并網(wǎng)管理

多樣化的新能源發(fā)電方式并網(wǎng)后管理難度較大。為了更好地管理電力系統(tǒng)體系，相關(guān)的技術(shù)人員要建立信息管理平臺(tái)，對(duì)電網(wǎng)電力的數(shù)據(jù)要做好收集、整理、分析。管理部門要成立專業(yè)的管理小組，通過技術(shù)手段大規(guī)模監(jiān)控電網(wǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題并作出改進(jìn)，記錄電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，保證電網(wǎng)平穩(wěn)安全運(yùn)行。完善的管理體系可以在一定程度上提高用電質(zhì)量，確保新能源發(fā)電及有關(guān)產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)發(fā)展。

4 結(jié) 論

隨著化石能源的快速消耗和人們環(huán)保意識(shí)的提高，新能源開發(fā)受到了全世界的重視。中國(guó)的新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平走在世界前列，但仍存在阻礙新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的問題，需要加強(qiáng)技術(shù)人員培養(yǎng)，改進(jìn)新能源發(fā)電技術(shù)，借助其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，解決發(fā)電過程產(chǎn)生的可能影響電網(wǎng)安全的問題。在發(fā)展新興技術(shù)的同時(shí)，要拓寬新能源產(chǎn)品的市場(chǎng)，凸顯新能源的優(yōu)勢(shì)。