新能源發(fā)電并網(wǎng)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響

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摘要：分析新能源發(fā)電趨勢，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

引言

當(dāng)前，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源資源需求不斷增加，為減少對傳統(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，如何解決此類問題直接關(guān)系到新能源發(fā)電技術(shù)的未來進(jìn)一步推廣運(yùn)用[1,2]。

1新能源的發(fā)電狀況

根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國新能源發(fā)電一直保持平穩(wěn)增長，截至2019年年底，我國新能源發(fā)電裝機(jī)容量4.1×108kW。預(yù)計(jì)2030年、2050年我國新能源裝機(jī)將分別達(dá)到1.15×109kW、2.80×109kW，占全國電源總裝機(jī)的比重提升至40%、53%。2019年我國三北地區(qū)（華北、東北、西北）風(fēng)電裝機(jī)容量1.27×108kW；8個(gè)省級電力公司經(jīng)營區(qū)風(fēng)電裝機(jī)均超過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)）太陽能發(fā)電裝機(jī)超過1×107kW，依次為山東、江蘇、浙江、安徽、青海、河南、新疆、山西。近些年，我國新能源消納水平不斷提高，但是新能源發(fā)電并網(wǎng)也存在一些問題需要解決[3-5]，如：新能源發(fā)電出力不穩(wěn)、隨機(jī)波動，給電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行管理帶來了巨大的壓力。結(jié)合實(shí)踐分析可知，新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量必將差生巨大影響，對此必須加強(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)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

2.1對電網(wǎng)電壓的影響

（1）饋線穩(wěn)態(tài)電壓。當(dāng)前我國電力系統(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、閃變。新能源電站輸出功率波動，是影響電壓波動、閃變的直接因素。如風(fēng)速變化影響風(fēng)電場輸出功率，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、溫度波動變化，也會導(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、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。

2.2對電網(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，直接影響電能質(zhì)量。對此，必須加強(qiáng)新能源發(fā)電出力波動性、間歇性全面分析，將電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度與新能源發(fā)電電功率預(yù)測相結(jié)合。

2.3對電網(wǎng)諧波的影響

我國新能源并網(wǎng)主要以光伏發(fā)電站、風(fēng)電場為主，其在諧波方面的影響如下：（1）并網(wǎng)光伏電站運(yùn)行時(shí)，光照變化會導(dǎo)致光伏電站輸出功率出現(xiàn)波動間歇變化、引發(fā)諧波污染。（2）風(fēng)電場并網(wǎng)諧波主要來源機(jī)組電力電子裝置、風(fēng)電場并聯(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)備無法正常運(yùn)行，如：自動化控制裝置誤動、系統(tǒng)失靈等，甚至出現(xiàn)長時(shí)間無法正常工作的情況，引發(fā)嚴(yán)重的后果。（2）電壓波動、閃變：常見問題有燈光閃爍、電視機(jī)亮度頻繁變化、生產(chǎn)線無法正常工作等。（3）諧波：諧波污染對電網(wǎng)的危害極大，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、自動裝置與繼電保護(hù)誤動。

3.2電能質(zhì)量的處理措施

針對上述問題可知，新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響較大，為保證我國新能源產(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)量最常見的方法就是安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，快速調(diào)節(jié)無功功率，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。動態(tài)無功補(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功，穩(wěn)定接入點(diǎn)電壓。針對新能源并網(wǎng)導(dǎo)致的諧波問題，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，可在諧波水平較高母線上安裝靜止無功補(bǔ)償器，綜合濾除諧波。（2）采用超級電容器改善電能質(zhì)量。超級電容器作為一種儲能裝置，可有效控制電網(wǎng)有功、無功功率，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。從超級電容器自身性能分析來看，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/驟升等問題，平滑電壓波動。此外，為應(yīng)對未來新能源發(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、閃變問題；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結(jié)語

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)工作無法正常開啟。對此，必須要明確新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓、頻率、諧波等方面的影響情況，并采取針對性處理措施，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者：徐潛 唐凌云 李西 單位：國網(wǎng)西藏電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院