許敏 劇錦濤

摘要：摘要：目前，隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化以及世界性能源危機(jī)的爆發(fā)，各個(gè)行業(yè)都在研究清潔節(jié)能的新能源，從而實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。智能電網(wǎng)技術(shù)將可再生能源與電網(wǎng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，極大地推動(dòng)了新能源的發(fā)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(wǎng)中，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能，因此，必須采取有效的措施，消除電網(wǎng)影響。該文主要分析了分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：新能源接入;電網(wǎng)電能質(zhì)量;影響

引言

目前新能源發(fā)電主要以風(fēng)能和光伏為主，由于風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速或光伏電站光照強(qiáng)度處在動(dòng)態(tài)波動(dòng)變化中，新能源并網(wǎng)發(fā)電的輸出功率則存在較大隨機(jī)波動(dòng)，這種較大功率波動(dòng)將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生一定的沖擊，主要對(duì)電網(wǎng)的電壓和頻率造成一定的影響。另外新能源發(fā)電系統(tǒng)電力電子設(shè)備使用較多，由于電力電子是非線性負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。

1分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

1.1諧波和間諧波問(wèn)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(shù)的分量，其中大于基波頻率且為整倍數(shù)的分量就是諧波。間諧波指的是那些非工頻頻率整倍數(shù)的諧波，一般是由非線性沖擊負(fù)荷或者較大電壓波動(dòng)造成的，比如：異步電機(jī)、電焊機(jī)、變頻調(diào)速裝置等都是間諧波。微型電網(wǎng)的諧波和間諧波都對(duì)電能質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定影響，按照國(guó)際上通用的電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波的要求，0.38kV低壓電網(wǎng)的諧波電壓總畸變率最高不能超過(guò)5%。變流器是分布式新能源并網(wǎng)的諧波和簡(jiǎn)諧波主要來(lái)源，通過(guò)同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)的分布式電源產(chǎn)生的諧波和間諧波對(duì)電網(wǎng)的影響比較小，幾乎可以忽略不計(jì)。但是經(jīng)過(guò)逆變器接入電網(wǎng)的分布式電源會(huì)產(chǎn)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(tǒng)非線性負(fù)荷，產(chǎn)生了大量的諧波，諧波的介次和幅度受到發(fā)電方式的影響。

1.2新能源并網(wǎng)對(duì)于饋線穩(wěn)態(tài)電壓影響

電網(wǎng)中通常都是利用投切電容器以及變動(dòng)LTC的調(diào)壓分接頭進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的，除此之外，極少會(huì)配備其它動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)整裝置。如果電網(wǎng)中所接入的新能源系統(tǒng)占比較大，則新能源電力系統(tǒng)功率的波動(dòng)性會(huì)使得線路負(fù)載潮流極易產(chǎn)生較大波動(dòng)，從而增加了電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電壓的調(diào)節(jié)難度，致使原有調(diào)壓措施可能無(wú)法達(dá)到新能源并網(wǎng)后電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)電壓的需求。如圖1為新能源系統(tǒng)未并網(wǎng)時(shí)其配電饋線節(jié)點(diǎn)1-13電壓都處于限定范圍之內(nèi)，此刻變電系統(tǒng)有載調(diào)壓變壓器的分接頭處在+4檔;而在新能源電力系統(tǒng)并入變電站的低壓側(cè)后，因流經(jīng)主變的功率降低，此時(shí)如果分接頭未降低檔位依然處在+5檔，那么饋線的后端節(jié)點(diǎn)電壓會(huì)越過(guò)限定值。由此可見(jiàn)，根據(jù)原有調(diào)壓方式可能會(huì)造成用戶側(cè)的電壓降低，所以在新能源系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)調(diào)壓策略進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)非常必要。圖2表示饋線在最大、最小運(yùn)行條件下，新能源并入不同配電饋線部位時(shí)饋線電壓的分布情況。1號(hào)曲線接入部位為主變的母線，2-4號(hào)曲線接入部位則不斷接近于線路的末端，由圖2可見(jiàn)，當(dāng)新能源電力系統(tǒng)與主變母線距離越遠(yuǎn)時(shí)，饋線的電壓將升高越多。因新能源電站容量在最小運(yùn)行形式下相對(duì)于負(fù)載的比例較大，從而使電站的上游功率傳輸降低甚至產(chǎn)生逆流，并導(dǎo)致在最小運(yùn)行條件下新能源系統(tǒng)在不同部位并入饋線的電壓分布情況，和在最大運(yùn)行條件相比有很大幅度升高。對(duì)5-7號(hào)曲線，虛線表示新能源多點(diǎn)并入時(shí)電壓的穩(wěn)態(tài)曲線，由此可知，當(dāng)接入部位分散時(shí)其電壓分布比集中時(shí)要更為平滑，且分散度越高，饋線的末端節(jié)點(diǎn)電壓也將升高得越多。

1.3新能源引起的電網(wǎng)頻率變化

頻率若偏離正常范圍，對(duì)用戶、發(fā)電廠和系統(tǒng)本身都將造成很大的影響。頻率是和電力系統(tǒng)的有功功率有關(guān)的，即有功功率直接影響著頻率的變化，以一個(gè)光伏電站的為例來(lái)說(shuō)明頻率和有功功率的關(guān)系。由圖3可見(jiàn)，在光伏發(fā)電輸出有功功率較小時(shí)，即使多臺(tái)光伏機(jī)組進(jìn)行投切，電網(wǎng)的頻率在允許的50±0.2Hz范圍波動(dòng)，若當(dāng)新能源的發(fā)電容量占電網(wǎng)總?cè)萘康谋壤鸩皆龃蠛?，由于新能源發(fā)電機(jī)組出力具有一定的隨機(jī)性，可導(dǎo)致電網(wǎng)的頻率經(jīng)常波動(dòng)。

1.4新能源并網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生孤島問(wèn)題

孤島問(wèn)題的是因?yàn)樵陔娋W(wǎng)系統(tǒng)降壓后，接入的風(fēng)電機(jī)組與光伏電站依舊在向電網(wǎng)供電，從而對(duì)降壓電網(wǎng)進(jìn)行持續(xù)性供電，因此要充分結(jié)合本地連接負(fù)荷，確保其單獨(dú)運(yùn)行，以防止引起孤島問(wèn)題。孤島問(wèn)題會(huì)造成電網(wǎng)系統(tǒng)頻率、電壓等的波動(dòng)，在頻率與電壓波動(dòng)范圍超出安全限定值后，將對(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行造成較大影響。在孤島事故下，電網(wǎng)會(huì)常常發(fā)生自動(dòng)跳閘事故;同時(shí)，也可能在負(fù)荷容量中產(chǎn)生改變，在容量超出限定范圍后，則將在便運(yùn)器內(nèi)引起超負(fù)載狀況，進(jìn)而造成逆變器的溫度大幅升高，然后會(huì)引起起火等事故。此刻，逆變器維護(hù)檢修人員將可能遭受重大傷害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(wèn)題不但會(huì)嚴(yán)重威脅電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且也將對(duì)用戶人身安全造成重大隱患。

2電能質(zhì)量改善方法和微電網(wǎng)技術(shù)

2.1改善電能質(zhì)量的方法

改善電能質(zhì)量的方法目前最普遍的就是加裝快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，比如：源濾波器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器和控制器等。在中低壓配電網(wǎng)中，電壓的波動(dòng)和電能符合變化與短路電容相關(guān)。在短路容量一定的情況下，無(wú)功補(bǔ)償是抑制電壓波動(dòng)最有效的方法，這種方法對(duì)風(fēng)電場(chǎng)作用明顯，將柔性交流設(shè)備運(yùn)用在風(fēng)電網(wǎng)，解決電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中存在的無(wú)功補(bǔ)償以及電壓穩(wěn)定問(wèn)題，能夠提高風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行效率。比如：將SVC、UPFC以及靜止同步補(bǔ)償器運(yùn)用在風(fēng)力發(fā)電站中，對(duì)電力系統(tǒng)中的無(wú)功過(guò)剩、電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障、風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速驟變等有極大的改善。其次，安裝超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置也是解決分布式電源接入的電能質(zhì)量問(wèn)題的方法。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置是一種基于CTO的雙橋結(jié)構(gòu)換流裝置，響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)換率高，能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率，給電力系統(tǒng)提供功率補(bǔ)償。而且這種超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置對(duì)接入點(diǎn)的電壓比較小，補(bǔ)功效果更加明顯。

2.2微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

微電網(wǎng)是由微型電源和電力負(fù)荷組成的系統(tǒng)，能夠提供電源和熱量，它將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、電力電子裝置以及各種分布式電源聯(lián)合起來(lái)，通過(guò)微電網(wǎng)內(nèi)部的控制器、協(xié)調(diào)器以及能量管理器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行有效的控制。微電網(wǎng)技術(shù)能夠協(xié)調(diào)各種分布式電源和主電網(wǎng)的矛盾，減少分布式能源并網(wǎng)對(duì)主電網(wǎng)的影響，從而提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。微電網(wǎng)中一般設(shè)置了儲(chǔ)能裝置，增加了電力系統(tǒng)的慣性，提高了電源對(duì)電力負(fù)荷階躍變化的響應(yīng)速度，降低了頻率和電壓波動(dòng)的影響。

3在智能微電網(wǎng)框架下電能質(zhì)量的研究方向

大規(guī)模分布式電源接入形成的微電網(wǎng)引起了很多問(wèn)題，隨著傳統(tǒng)電網(wǎng)逐漸向智能電網(wǎng)發(fā)展，為微電網(wǎng)的智能化發(fā)展提供了發(fā)展的契機(jī)。智能微電網(wǎng)具有智能電網(wǎng)的集成、互動(dòng)、優(yōu)化和自愈等優(yōu)勢(shì)，在智能微電網(wǎng)框架下分布式電源微電網(wǎng)的電能質(zhì)量還需要解決3個(gè)問(wèn)題：第一，協(xié)調(diào)控制技術(shù)。電力系統(tǒng)的電能是瞬間平衡的，智能微電網(wǎng)同樣如此，多個(gè)微電源之間如何進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，減小微電網(wǎng)對(duì)主電網(wǎng)的影響。Agent系統(tǒng)具有響應(yīng)力、自愈性和自發(fā)性;MAS系統(tǒng)具有靈活分區(qū)、無(wú)功補(bǔ)償裝置定值自動(dòng)修改等作用，能夠有效地解決微電網(wǎng)這一難題。第二，分布式儲(chǔ)能技術(shù)。微電網(wǎng)不僅要為電力用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能，而且還要將分布式發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的微電網(wǎng)接入到電力主網(wǎng)中，電力用戶能夠從當(dāng)?shù)氐奈㈦娋W(wǎng)和主電網(wǎng)中同時(shí)獲得電力功率，排除電網(wǎng)中的干擾，從而確保電能質(zhì)量。第三，直流微電網(wǎng)。與交流微電網(wǎng)相比，直流微電網(wǎng)需要使用專用的直流輸電線路，各個(gè)直流微電網(wǎng)比較容易協(xié)調(diào)控制，只要在為微電網(wǎng)與主電網(wǎng)之間設(shè)置一個(gè)逆變器，就能減少無(wú)功功率帶來(lái)的電力損耗，裝置能夠?qū)χ绷魑㈦娋W(wǎng)的電源和電力負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，由于新能源的特殊性以及我國(guó)在新能源方面技術(shù)能力方面還略有欠缺，這使得新能源在并網(wǎng)發(fā)電后對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成了一定影響，甚至一部分人對(duì)新能源的并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)還提出質(zhì)疑，這對(duì)我國(guó)新能源技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了消極的影響，從而也嚴(yán)重威脅了電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)這些問(wèn)題，必須要加大研究力度，不斷完善和優(yōu)化并網(wǎng)技術(shù)，以促進(jìn)新能源發(fā)電事業(yè)的不斷發(fā)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(jìn)而使人們的生活質(zhì)量得到不斷改善。

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