深入分析新能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

胡丹 冷雪全

摘 要：目前，國家在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路上，始終將環(huán)保工作作為重中之重，而新能源作為落實(shí)節(jié)約電力資源、環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略的關(guān)鍵一環(huán)，在電網(wǎng)電能質(zhì)量的優(yōu)化和改善、電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全提升中發(fā)揮著不可或缺的作用。本文首先介紹了新能源接入電網(wǎng)系統(tǒng)的必要性，并以電壓閃變和波動(dòng)、頻率、饋線穩(wěn)態(tài)電壓、孤島等為切入點(diǎn)，全面討論新能源接入后所產(chǎn)生的問題和影響，以便提升新能源開發(fā)利用的科學(xué)性與合理性。

關(guān)鍵詞：新能源;電網(wǎng);電能質(zhì)量

一、新能源接入影響電網(wǎng)電能質(zhì)量分析必要性

風(fēng)能發(fā)電和光伏發(fā)電是目前最為常見的兩種新能源發(fā)電方式，但上述兩種發(fā)電方式在外界各類因素的影響之下，極易出現(xiàn)電能輸出功率不穩(wěn)定現(xiàn)象，甚至?xí)?yán)重沖擊整個(gè)電網(wǎng)。且從另一角度來看，電網(wǎng)電能質(zhì)量與社會生產(chǎn)生活息息相關(guān)，若電網(wǎng)安全性能無法保障，或者電能供應(yīng)間歇頻繁，不但會降低社會生產(chǎn)效率和生活質(zhì)量，且嚴(yán)重妨礙和諧社會的建設(shè)和城市化進(jìn)程。除此之外，目前各大電力企業(yè)對新能源的利用較為片面，導(dǎo)致新能源在分配過程中失去平衡性，故而影響新能源的可持續(xù)發(fā)展。鑒于此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)對新能源接入與電網(wǎng)電能質(zhì)量兩者關(guān)系進(jìn)行客觀全面的了解，并以當(dāng)前所制定的電網(wǎng)電能質(zhì)量優(yōu)化方案為依據(jù)，探尋有效的新能源接入并網(wǎng)方式，在確保電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對電能質(zhì)量的全面提升。

二、新能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

1.新能源并網(wǎng)對電壓閃變和波動(dòng)的影響

一般情況下，引起電網(wǎng)系統(tǒng)電壓閃變和電壓波動(dòng)等現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)樾履茉措娏ο到y(tǒng)機(jī)組的停止、開啟、出力過程中，會隨一次能源的波動(dòng)而改變或投切發(fā)電系統(tǒng)補(bǔ)償電容器。而造成電網(wǎng)系統(tǒng)電壓閃變與波動(dòng)的主要因素是新能源輸出功率的波動(dòng)。通常，風(fēng)速對風(fēng)電系統(tǒng)輸出功率產(chǎn)生影響，且風(fēng)速湍流強(qiáng)度與電壓的閃變、波動(dòng)呈正比例狀態(tài)。在切換風(fēng)電恒速定槳距機(jī)組時(shí)所引發(fā)的一系列電壓閃變和波動(dòng)大于運(yùn)行中的閃變和波動(dòng)，但這一些現(xiàn)象在恒速變槳距機(jī)組則呈相反態(tài)勢。

通過對變速恒頻機(jī)組進(jìn)行可調(diào)整可在確保功率波動(dòng)平穩(wěn)的同時(shí)，降低因波動(dòng)功率所引起的異常，與此同時(shí)，由于不同地區(qū)所采取控制措施不同，如高風(fēng)速地區(qū)和低風(fēng)速地區(qū)，使得機(jī)組運(yùn)行時(shí)的出力會在不同風(fēng)速區(qū)間呈現(xiàn)出不同特性，一般，低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)電場閃變相對較大，而高風(fēng)速地區(qū)的恒速風(fēng)電機(jī)組通過時(shí)速控制方式的應(yīng)用電壓閃變相對較小。

溫度、光照是光伏電站輸出功率不斷波動(dòng)的主要因素，電網(wǎng)在接入新能源發(fā)電系統(tǒng)后，如果短路容量值越來越高則表明該配電系統(tǒng)強(qiáng)度越高，因啟停和波動(dòng)功率所引起的公共連入點(diǎn)電壓閃變情況則越少。若要更加全面的了解新能源系統(tǒng)功率波動(dòng)所造成的電壓波動(dòng)情況，需詳細(xì)區(qū)分新能源系統(tǒng)造成的電網(wǎng)其他情況和電壓波動(dòng)。與此同時(shí)，通過在電網(wǎng)中接入等效風(fēng)電系統(tǒng)，使風(fēng)電場實(shí)際測量出電流分解為有限的正弦波形，在分析整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波動(dòng)頻域的基礎(chǔ)上，獲取因新能源接入對電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。

2.新能源接入對頻率影響

電網(wǎng)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，出現(xiàn)頻率異常的情況極少，如果光伏系統(tǒng)容量較小時(shí)，即便多個(gè)機(jī)組處于投切階段，也不會引起電網(wǎng)系統(tǒng)頻率越限現(xiàn)象。當(dāng)新能源發(fā)電站的發(fā)電容量占電量總發(fā)電量比例逐步擴(kuò)大后，再加上新能源發(fā)電機(jī)組出力存在隨機(jī)性特點(diǎn)，極有可能在電網(wǎng)內(nèi)部形成波動(dòng)性的頻率，直接影響電力系統(tǒng)本身及廣大用電用戶。因此，可運(yùn)用風(fēng)電功率的波動(dòng)等效處理電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電波動(dòng)功率對電網(wǎng)頻率影響評估模型的建立。根據(jù)評估結(jié)果，如果火電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制體系處于0.01-1.0Hz時(shí)，功率的波動(dòng)將會嚴(yán)重影響整個(gè)電網(wǎng)。如果低于1.0Hz頻段的傳遞函數(shù)幅值較小，這是由于該頻段功率的波動(dòng)會受到火電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的限制。為更加全面且深入的了解新能源接入對電網(wǎng)頻率的影響，可進(jìn)行火電廠等效單機(jī)模型的構(gòu)建，并參考上述風(fēng)電場實(shí)際測量功率數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析不同傳功功率下的電網(wǎng)頻率改變情況。除此之外，為與大規(guī)模新能源發(fā)電接入電網(wǎng)相適應(yīng)，需將新能源發(fā)電處理的波動(dòng)性和間歇性予以充分考慮，將電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度與新能源發(fā)電的發(fā)電功率預(yù)測相結(jié)合。

3.新能源并網(wǎng)會產(chǎn)生孤島問題

一般情況下，電網(wǎng)系統(tǒng)在完成降壓后或多或少的會形成一定的孤島問題，而系統(tǒng)所接入的光伏電站以及風(fēng)電機(jī)組仍從中發(fā)揮著供電作用，即使電網(wǎng)處于降壓狀態(tài)也可確保供電的可持續(xù)性，因此要與本地連接負(fù)荷充分結(jié)合，確保其運(yùn)行的單獨(dú)性，將孤島問題產(chǎn)生的可能性降至最低。

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，一旦發(fā)生孤島問題則會引起電網(wǎng)系統(tǒng)電壓和頻率方面的波動(dòng)，如果頻率和電壓波動(dòng)范圍超出所設(shè)定的安全限定值后，將嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。孤島事故發(fā)生后，電網(wǎng)發(fā)生自動(dòng)跳閘的頻率將有所增加，與此同時(shí)負(fù)荷容量也將產(chǎn)生改變，特別是在容量超出限定范圍后，變壓器內(nèi)可能產(chǎn)生超負(fù)載現(xiàn)象，導(dǎo)致逆變器溫度大幅上漲，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的火災(zāi)事故。此時(shí)，現(xiàn)場逆變器相關(guān)維護(hù)檢修人員的生命安全將會收到嚴(yán)重威脅，及時(shí)確保電路電閘處于閉合狀態(tài)，也有可能引發(fā)上述事故。因此，根據(jù)分析不難看出孤島問題不僅會對電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅，且危及用電用戶的人身安全。

三、結(jié)語

綜上所述，電網(wǎng)在接入新能源后，電網(wǎng)電能質(zhì)量將會受到一定能源過度的影響，若要確保新能源接入后能夠取得良好效果，除了要加大開發(fā)力度，科學(xué)合理的運(yùn)用各種新技術(shù)之外，還要通過新能源接入電網(wǎng)后對電能質(zhì)量影響的表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，以電壓閃變和波動(dòng)、頻率和孤島問題為切入點(diǎn)進(jìn)行深入分析，以確保對電能質(zhì)量的優(yōu)化，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。相關(guān)領(lǐng)域研究人員需要掌握充分的專業(yè)理論知識，提高電能用戶對用電的滿意程度，這對新能源技術(shù)創(chuàng)新研究具有十分積極的影響，不但有利于我國新能源事業(yè)未來發(fā)展的可持續(xù)性，且有助于電網(wǎng)企業(yè)未來改革的持續(xù)深化和完善。

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