新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質量的分析研究

張超

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040）

新能源具有非常大的應用價值，而且符合生態(tài)與經(jīng)濟效益，面對新能源并網(wǎng)中的不良影響，需要強化研究和分析，然后通過相關的技術手段來消除諧波、孤網(wǎng)等問題，提升新能源并網(wǎng)的有效性和科學性。本文主要分析了在新能源并網(wǎng)的模式中給電網(wǎng)電能所造成的不良影響，并且就如何消除影響提出了建議。

1 影響分析

1.1 諧波

在電力系統(tǒng)中，諧波的危害較為廣泛，不僅會影響設備運行的可靠性，還會導致電能浪費的現(xiàn)象，所以必須控制諧波的產(chǎn)生，對風能發(fā)電而言，其發(fā)電設備本身就會造成諧波問題，尤其是恒速發(fā)動機的啟動環(huán)節(jié)，非常容易出現(xiàn)諧波現(xiàn)象。而對于變速的發(fā)動機而言，主要是利用整流方式與電網(wǎng)相連接，比較容易在切換頻率的環(huán)節(jié)引法產(chǎn)生諧波，而且產(chǎn)生的影響較大。另外一類導致諧波的情況是，發(fā)電系統(tǒng)中存在著相應的補償裝置，其與線路電抗一起時就可能會造成諧波問題。另外，由于新能源發(fā)電與自然環(huán)境情況息息相關，在光伏發(fā)電中，隨著光照強度的不穩(wěn)定，包括各種遮擋所產(chǎn)生的光照強度差異，都會讓電網(wǎng)運行中的輸出功率出現(xiàn)變動，進而造成一定程度的諧波問題，比如在并網(wǎng)后的光伏發(fā)電中，如果天氣處于陰晴變化的狀態(tài)，就監(jiān)測到電網(wǎng)中的諧波污染程度隨天氣狀態(tài)發(fā)生變化。

1.2 孤網(wǎng)

這種影響會直接危害到電網(wǎng)的安全性，但大電網(wǎng)的電壓減小時新能源發(fā)電往往會持續(xù)進行，不斷給失壓的大電網(wǎng)提供電能，同時與本地負載相聯(lián)，進而生成了全新的平衡狀況，導致孤網(wǎng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。在這樣的情況里，電網(wǎng)中的相關要素會發(fā)生波動情況，比如頻率波動或者電壓波動，如果這兩種要素的波動過于嚴重，超過電網(wǎng)運行的可靠標準，就會增加設備的安全風險。而線路系統(tǒng)也可能發(fā)生紊亂，常見的就是自動跳閘問題，而且一旦負載容量大于安全標準，就會給逆變器造成嚴重的負荷，主要表現(xiàn)為設備的穩(wěn)定上升，最終引發(fā)起火現(xiàn)象，這對于維修人員的安全是非常嚴峻的威脅。

1.3 間接性和波動性發(fā)電

新能源的供應往往和自然環(huán)境息息相關，如果在新能源發(fā)電中遇到地理或者氣象狀況的影響，就容易出現(xiàn)間接性發(fā)電的情況，而能源的轉換效率即為波動性。在風能發(fā)電中，由于風能與其速度之間為正向關系，而風速屬于自然條件的范圍，具有明顯的不可預測性，也無法對其實施控制，這就限制了風能發(fā)電的穩(wěn)定性。而在光伏發(fā)電中，主要的影響因素為光照情況，受氣候天氣的控制，也存在著穩(wěn)定性較低的問題。正是由于這些客觀情況的干擾，使得新能源發(fā)電中的電能本身就存在品質問題，在流入電網(wǎng)的過程中可能會對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，這是由于電能波動會導致加強的電流，在這些電流的影響下，就容易損傷到電網(wǎng)系統(tǒng)，比如風電場中的電壓可能會突發(fā)性增強，再加上風電場設備中缺乏有效的調節(jié)裝置，就會擴大強大電流對于風電場的沖擊，非常容易導致風電裝置的損壞。

1.4 并網(wǎng)標準的問題

雖然新能源發(fā)電具有很大的優(yōu)勢，但是各種新能源的分部狀況較為復雜，在發(fā)電并網(wǎng)方面很難構建統(tǒng)一的標準，就當前的技術發(fā)展而言，僅僅是對規(guī)模很大的并網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)定了一致的技術標準，但是缺乏相應的檢測技術，所以必須要強化相關技術研究和應用，保障并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與科學性。

1.5 電網(wǎng)頻率

在以往的電網(wǎng)運行模式中，幾乎可以忽略頻率異常的問題，對于容量不大的發(fā)電站而言，就算存在很多機組投切也無法導致頻率異常。但是當新能源供電的比例擴大后，電網(wǎng)頻率超額的現(xiàn)象就相對頻繁，這主要源于風能發(fā)電的不穩(wěn)定性，一旦出現(xiàn)頻率異常的情況，對于發(fā)電過程以及用戶用電都會產(chǎn)生影響?？梢酝ㄟ^建模分析的方式來評估這樣的頻率異常現(xiàn)象，分析出何種情況下會出現(xiàn)頻率越限的問題，然后全面考量新能源發(fā)電中的相關要素，尤其是間歇性與波動性的情況，盡量將發(fā)電頻率控制在科學穩(wěn)定的范圍內，降低發(fā)電隨機性對于系統(tǒng)運行頻率的干擾。

2 處理策略

雖然新能源并網(wǎng)帶來了一定的不良影響，無法全面保障電能的品質，但是新能源發(fā)電仍舊是未來電力行業(yè)的發(fā)展方向和趨勢，所以就需要強化并網(wǎng)技術，提升并網(wǎng)之后的發(fā)電品質，并且加強智能化技術的應用，在發(fā)揮新能源并網(wǎng)的優(yōu)勢與功能的同時，可以實現(xiàn)對于系統(tǒng)運行的檢測和控制，提升并網(wǎng)發(fā)電的有效性。

2.1 孤網(wǎng)問題的處理

孤網(wǎng)問題出現(xiàn)的重要因素就是電網(wǎng)系統(tǒng)的壓力減小，在處理孤網(wǎng)問題時也需要以此為切入點，在實現(xiàn)并網(wǎng)前，就需要做好電力調度，強化相關的審核工作。對于新能源發(fā)電而言，實現(xiàn)并網(wǎng)的關鍵前提應該是擁有功率的預測能力。

2.2 并網(wǎng)標準的一致化

雖然新能源發(fā)電已經(jīng)持續(xù)多年，也做了很多的相關研究，但是在統(tǒng)一標準方面的認知較低，對于電能穩(wěn)定性缺乏必要的了解和分析，無法全面認知到其對電能品質的影響。同時，對于干擾電能運行狀況的各項要素缺乏科學的掌握，相關的并網(wǎng)技術也處于探索階段，關于新能源的并網(wǎng)還未能構建一致的標準，對于并網(wǎng)后系統(tǒng)的檢測和控制技術也缺乏研究與應用。所以，為了完善統(tǒng)一的并網(wǎng)標準，一定需要強化對于并網(wǎng)標準的研究，發(fā)展出相關的科學技術，來支持并網(wǎng)標準的統(tǒng)一性。

2.3 諧波問題的處理

諧波對于電網(wǎng)系統(tǒng)的損害較大，也是較為常見的影響之一，在很多電子設備中都會發(fā)生諧波現(xiàn)象，無論是新能源發(fā)電的相關設備，還是在線路或者電容器中都可能存在諧波情況。但是諧波問題基本都屬于可控范圍，能夠通過相關的措施加以避免和防范，比如在風電場的系統(tǒng)內，為了消除諧波問題，就需要集中連接各種風電機設備，并且安裝適宜的諧波過濾設施，全面控制電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波情況，在必要的時候，也需要利用到無功補償設施。

2.4 波動性和間歇性的處理

這兩種影響因素基本都是源于客觀的自然環(huán)境，而自然狀況無法控制，所以為了消除這兩種影響和干擾，就需要從控制設備的角度出發(fā)解決，要想達到設備控制的目標，就需要把握好下述內容：一是科學地使用并網(wǎng)技術，強化新能源設備的技術含量，提升設備自身的性能和可靠性。二是關于電網(wǎng)系統(tǒng)的調節(jié)控制功能，關鍵是要確保對于峰值的調控功能，同時借助科學的電網(wǎng)設計來強化電網(wǎng)對于大電量的接納水平。三是在部分新能源發(fā)電中經(jīng)常會發(fā)生無功率運轉的問題，進而導致能源損耗現(xiàn)象，為了避免該問題的出現(xiàn)，在系統(tǒng)中還需要應用到無功補償技術。

3 結語

綜上所述，新能源并網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展的新模式，解決了電能供應中的很多問題，但是由于新能源自身的因素以及相關技術的不足，目前還無法很好地處理并網(wǎng)之后對于電網(wǎng)電能的質量影響，比如隨著新能源發(fā)電量的擴大，出現(xiàn)了電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定的問題和更多的諧波現(xiàn)象，必須要強化并網(wǎng)技術的研究，并且研究和分析這些影響因素，通過技術措施來處理新能源并網(wǎng)面臨的問題。