淺談新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響及解決方案

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：分析新能源發(fā)電趨勢(shì)，從電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)諧波等方面出發(fā)，闡述新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的危害及其處理措施。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；并網(wǎng)；電能質(zhì)量

0引言

當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源資源需求不斷增加，為減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，在新能源研究推廣方面投入了大量資金，并取得了一定的成效。目前，我國(guó)新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，由此也暴露了一些問(wèn)題，如新能源發(fā)電并網(wǎng)占比增大后，電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性受到影響，電能質(zhì)量下降，如何解決此類問(wèn)題直接關(guān)系到新能源發(fā)電技術(shù)的未來(lái)進(jìn)一步推廣運(yùn)用。

1新能源的發(fā)電狀況

1. 根據(jù)新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)新能源發(fā)電一直保持平穩(wěn)增長(zhǎng)，截至2019年年底，我國(guó)新能源發(fā)電裝機(jī)容量4.1×108kW。預(yù)計(jì)2030年、2050年我國(guó)新能源裝機(jī)將分別達(dá)到1.15×109kW、2.80×109kW，占全國(guó)電源總裝機(jī)的比重提升至40%、53%。2019年我國(guó)三北地區(qū)（華北、東北、西北）風(fēng)電裝機(jī)容量1.27×108kW；8個(gè)省級(jí)電力公司經(jīng)營(yíng)區(qū)風(fēng)電裝機(jī)均超過(guò)1×107kW，依次為新疆、冀北、甘肅、山東、山西、寧夏、蒙東、江蘇。三北地區(qū)太陽(yáng)能發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量為1.03×108kW；8個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)）太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)超過(guò)1×107kW，依次為山東、江蘇、浙江、安徽、青海、河南、新疆、山西。

2. 近些年，我國(guó)新能源消納水平不斷提高，但是新能源發(fā)電并網(wǎng)也存在一些問(wèn)題需要解決，如：新能源發(fā)電出力不穩(wěn)、隨機(jī)波動(dòng)，給電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行管理帶來(lái)了巨大的壓力。結(jié)合實(shí)踐分析可知，新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量必將差生巨大影響，對(duì)此必須加強(qiáng)相關(guān)研究，提出可靠的處理方案，在不斷提高新能源發(fā)電利用率的同事，保證電網(wǎng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

2?新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

2.1對(duì)電網(wǎng)電壓的影響

1. 饋線穩(wěn)態(tài)電壓。當(dāng)前我國(guó)電力系統(tǒng)主要是采用投切電容器、改變有載調(diào)壓變壓器分接頭的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模增大后，其功率波動(dòng)性影響變大，造成整個(gè)電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)難度增大，原有調(diào)壓方案往往無(wú)法滿足電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行要求。如圖1所示即為新能源發(fā)電并網(wǎng)前后饋線電壓的變化情況，由圖分析可知，并網(wǎng)后饋線后端節(jié)點(diǎn)的電壓將越限，對(duì)此必須要根據(jù)并網(wǎng)情況合理改進(jìn)調(diào)壓方案。

（2）電壓波動(dòng)、閃變。新能源電站輸出功率波動(dòng)，是影響電壓波動(dòng)、閃變的直接因素。如風(fēng)速變化影響風(fēng)電場(chǎng)輸出功率，需根據(jù)實(shí)際情況合理選用變速風(fēng)電機(jī)組、恒速風(fēng)電機(jī)組，減小電壓瞬變；光照強(qiáng)度、溫度波動(dòng)變化，也會(huì)導(dǎo)致電站輸出功率出現(xiàn)變化。當(dāng)新能源發(fā)電并網(wǎng)的電網(wǎng)短路容量大，則表明區(qū)域電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)，相應(yīng)的并網(wǎng)后引發(fā)的電壓波動(dòng)、閃變均較小，若是電網(wǎng)較為薄弱，必須合理規(guī)劃并網(wǎng)點(diǎn)、電壓等級(jí)。

圖1新能源發(fā)電并網(wǎng)前后饋線電壓

2.2對(duì)電網(wǎng)頻率的影響

如圖2所示，當(dāng)新能源在電網(wǎng)中占比較小時(shí)，對(duì)電網(wǎng)頻率影響較小，而隨著新能源發(fā)電量在電網(wǎng)占比的增大，容易造成電網(wǎng)內(nèi)頻率波動(dòng)，直接影響電能質(zhì)量。對(duì)此，必須加強(qiáng)新能源發(fā)電出力波動(dòng)性、間歇性分析，將電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度與新能源發(fā)電電功率預(yù)測(cè)相結(jié)合。

圖2新能源發(fā)電穿透功率較小時(shí)電網(wǎng)頻率變化

2.3對(duì)電網(wǎng)諧波的影響

我國(guó)新能源并網(wǎng)主要以光伏發(fā)電站、風(fēng)電場(chǎng)為主，其在諧波方面的影響如下：（1）并網(wǎng)光伏電站運(yùn)行時(shí)，光照變化會(huì)導(dǎo)致光伏電站輸出功率出現(xiàn)波動(dòng)間歇變化、引發(fā)諧波污染。（2）風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)諧波主要來(lái)源機(jī)組電力電子裝置、風(fēng)電場(chǎng)并聯(lián)補(bǔ)償電容器與線路電抗諧振作用。

3電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的危害與處理措施

大量新能源發(fā)電并網(wǎng)極易導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，采取合理的處理措施具有重要意義，為我國(guó)新能源電力發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的危害

電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）電壓暫降、偏差：電網(wǎng)運(yùn)行中電壓暫降、偏差情況的出現(xiàn)，極易導(dǎo)致一些設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，如：自動(dòng)化控制裝置誤動(dòng)、系統(tǒng)失靈等，甚至出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法正常工作的情況，引發(fā)嚴(yán)重的后果。（2）電壓波動(dòng)、閃變：常見(jiàn)問(wèn)題有燈光閃爍、電視機(jī)亮度頻繁變化、生產(chǎn)線無(wú)法正常工作等。（3）諧波：諧波污染對(duì)電網(wǎng)的危害大，包括：電力線路附加損耗、諧波影響設(shè)備運(yùn)行、電容器組諧振、自動(dòng)裝置與繼電保護(hù)誤動(dòng)。

3.2電能質(zhì)量的處理措施

針對(duì)上述問(wèn)題可知，新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響較大，為保證我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，必須要采取以下處理措施：（1）安裝電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置。在電網(wǎng)運(yùn)行中，改善電能質(zhì)量常見(jiàn)的方法就是安裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，快速調(diào)節(jié)無(wú)功功率，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器的主要安裝位置為新能源出口低壓側(cè)，根據(jù)接入點(diǎn)電壓偏差量控制所補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功，穩(wěn)定接入點(diǎn)電壓。針對(duì)新能源并網(wǎng)導(dǎo)致的諧波問(wèn)題，可安裝多脈沖換流器、電力濾波器，有效吸收諧波電流，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。其中，光伏電站并網(wǎng)，可采用多功能逆變器，使得光伏電站逆變器兼具濾波功能；風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，可在諧波水平較高母線上安裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器，綜合濾除諧波。（2）采用超級(jí)電容器改善電能質(zhì)量。超級(jí)電容器作為一種儲(chǔ)能裝置，可有效控制電網(wǎng)有功、無(wú)功功率，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。從超級(jí)電容器自身性能分析來(lái)看，其功率密度高、充電速度快，可有效解決瞬時(shí)停電、電壓暫降/驟升等問(wèn)題，平滑電壓波動(dòng)。

此外，為應(yīng)對(duì)未來(lái)新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，應(yīng)從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、合理選用線路電抗/電阻之比，有效抑制并網(wǎng)引發(fā)的電壓波動(dòng)、閃變問(wèn)題；同時(shí)新能源技術(shù)方面，還需不斷革新，切實(shí)減少機(jī)組啟停次數(shù)、減小輸出功率變化情況，切實(shí)保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4安科瑞產(chǎn)品選型

5結(jié)束語(yǔ)

新能源發(fā)電技術(shù)具有清潔、可再生的特點(diǎn)，但是其并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量存在較大的不利影響，輕則導(dǎo)致供電質(zhì)量下降，重則直接導(dǎo)致相關(guān)生產(chǎn)工作無(wú)法正常開(kāi)啟。對(duì)此，必須要明確新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓、頻率、諧波等方面的影響情況，并采取針對(duì)性處理措施，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

1. 徐潛,唐凌云,李西.新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響[J].《集成電路應(yīng)用》,2020

2. 李娜娜.新能源發(fā)電將邁向高質(zhì)量發(fā)展新階段[N].國(guó)家電網(wǎng)報(bào),2020-01-21(008).

3. 張偉波,潘宇超,崔志強(qiáng),張衛(wèi)東.我國(guó)新能源發(fā)電發(fā)展思路探析[J].中國(guó)能源,2012,34(04):26-28+41.

4. [4]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.

作者簡(jiǎn)介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。