新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響

張陽玉　劉曉琳

摘要：在電力系統(tǒng)中，新能源并網(wǎng)的應(yīng)用使得供電方式更為多樣，滿足了生產(chǎn)生活的電力使用需求。但是，新能源并網(wǎng)的應(yīng)用，也對電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響。

Abstract： In the power system， the application of new energy grid connection makes the power supply mode more diverse， and meets the needs of production and life. However， the application of new energy grid connection also has a certain impact on the power quality in the power system.

關(guān)鍵詞：新能源并網(wǎng);電力系統(tǒng);電能質(zhì)量;影響

Key words： new energy grid connection;power system;power quality;impact

中圖分類號：TM711? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0235-02

0? 引言

當(dāng)前，我國傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的要求，而新能源的開發(fā)與利用成為當(dāng)前能源戰(zhàn)略目標(biāo)的首要任務(wù)。以太陽能、風(fēng)能資源為例，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能、風(fēng)能向電能資源的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而滿足用電需求，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。新能源并網(wǎng)雖然實(shí)現(xiàn)了能源多元化，但是，對電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響，因此，必須要采取必要的優(yōu)化措施，提高新能源并網(wǎng)的應(yīng)用效果。

1? 新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響

1.1 新能源發(fā)電并網(wǎng)給電壓帶來的影響

1.1.1 對饋線穩(wěn)態(tài)電壓的影響

電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，電壓的調(diào)節(jié)往往需要通過專有的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，比如，有載調(diào)壓變壓器分接頭的改變、投切電容器，能夠使得電壓符合電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的需求[1]。新能源并網(wǎng)以后，電力系統(tǒng)中的新能源發(fā)電往往占據(jù)了較大的比例，這種情況下，當(dāng)發(fā)電功率存在較大的波動時，電力線路中的負(fù)荷也會隨之發(fā)生一定的變化，此時，如果依舊采用傳統(tǒng)的調(diào)壓方式，往往難以保障電壓的質(zhì)量。在電壓調(diào)節(jié)過程中，必須要結(jié)合電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，進(jìn)行調(diào)壓方案的改變，保障新能源發(fā)電良好的電壓控制效果。

一般情況下，電網(wǎng)與新能源發(fā)電站往往存在著公共銜接點(diǎn)，在此銜接點(diǎn)，接入電網(wǎng)短路容量、輸電線路阻抗、新能源發(fā)電穿透功率都會對電壓穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生一定的影響，因此，新能源并網(wǎng)對電壓的影響，需要通過對這些因素的控制與調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，以保障良好的電壓穩(wěn)定性。

1.1.2 對電壓波動、閃變的影響

與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比，新能源發(fā)電具有特殊性，其隨機(jī)性、波動性與不確定性明顯，這種情況下，新能源并網(wǎng)使得電力系統(tǒng)的控制更為復(fù)雜，電能質(zhì)量的管理也就更為艱難。新能源并網(wǎng)以后，存在著一些不可控電量，這些電量的存在，會對原有的電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的電流沖擊作用，引發(fā)電網(wǎng)的劇烈波動、閃變與頻率偏差，甚至?xí)霈F(xiàn)饋線潮流的變更，引起嚴(yán)重的電網(wǎng)運(yùn)行問題，使得電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量難以保障[2]。如果電網(wǎng)的調(diào)峰容量降低到最低限值以后，電力系統(tǒng)的可靠性大大降低。因此，新能源并網(wǎng)以后，相關(guān)人員還需要采取必要的控制措施，逐步提高電力系統(tǒng)的電量接納能力，使得其調(diào)峰容量逐步提高，維持電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，能夠在一定程度上緩解電壓波動與閃變的問題。

1.2 新能源發(fā)電并網(wǎng)給頻率帶來的影響

與普通的發(fā)電方式相比，新能源發(fā)電的隨機(jī)性明顯，一旦在新能源并網(wǎng)以后，電力系統(tǒng)的總體發(fā)電容量，超過了系統(tǒng)原有的限定，就會引發(fā)電力系統(tǒng)內(nèi)電網(wǎng)頻率的較大波動，降低電力系統(tǒng)供配電的整體質(zhì)量。比如，以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)電場功率的波動，會直接對電力網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一定的影響，如果將這種影響轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的傳遞函數(shù)，在該函數(shù)模型內(nèi)，往往包含了風(fēng)電場輸出功率波動、火電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化，通過建立相應(yīng)的評估模型，可以獲得影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的頻率范圍。

新能源并網(wǎng)以后，通過影響電力系統(tǒng)的頻率，進(jìn)而影響了電能的總體質(zhì)量。為獲得并網(wǎng)對小并網(wǎng)頻率的具體影響，可以直接通過火電廠單機(jī)等效模型來加以分析。具體來說，在該模型內(nèi)，可以直接通過電網(wǎng)頻率的變動趨勢，來進(jìn)行相關(guān)影響情況的具體分析。比如，如果新能源發(fā)電機(jī)組的功率為1.5MW，當(dāng)其頻率偏差小于0.5Hz時，結(jié)合模型計(jì)算，可以得到，當(dāng)發(fā)電機(jī)組的穿透率在18%時，其頻率偏差最為合理[3]。因此，新能源并網(wǎng)中，為大大降低并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響，需要做好電網(wǎng)頻率的實(shí)施監(jiān)測。

1.3 新能源發(fā)電并網(wǎng)給諧波帶來的影響

新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響，還體現(xiàn)在對諧波的影響方面。當(dāng)前，在我國新能源并網(wǎng)中，最為常見的就是風(fēng)電場與光伏發(fā)電，在這些并網(wǎng)技術(shù)下，電力電子裝置是電力系統(tǒng)內(nèi)不可或缺的設(shè)備。但是，在并網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用過程中，常常存在著一些問題，比如，并網(wǎng)光伏逆變器的控制是由脈寬調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的，這種特殊的控制方式，使得在并網(wǎng)過程中極易出現(xiàn)明顯的電壓與電流諧波。此外，并網(wǎng)效果還會受到光照、角度等因素的影響，這些影響因素加大了電力系統(tǒng)的諧波污染[4]。因此，新能源并網(wǎng)上，有關(guān)人員要嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)因素對諧波所產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)良好的并網(wǎng)控制，保障新能源并網(wǎng)的電能質(zhì)量。

以并網(wǎng)風(fēng)電場為例，其電網(wǎng)諧波的出現(xiàn)主要是由以下因素造成的：風(fēng)電場線路電抗與并聯(lián)補(bǔ)償電容器的諧振、電力電子設(shè)備的應(yīng)用諧波。風(fēng)電場線路電抗與并聯(lián)補(bǔ)償電容器的諧振作用下，諧波主要表現(xiàn)為變速諧波與恒速諧波。

諧波的出現(xiàn)會嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)電能的質(zhì)量。首先，諧波電流的出現(xiàn)，使得新能源并網(wǎng)存在畸形情況，電能質(zhì)量無法達(dá)到電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的具體需求，甚至使得電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，存在著一定的安全威脅，電力事故隱患較多，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)整個電力系統(tǒng)的癱瘓，影響人們正常的生產(chǎn)生活。因此，為有效避免新能源并網(wǎng)后電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生，往往需要采取必要的控制措施。如果是風(fēng)電場并網(wǎng)，在并網(wǎng)連接時，可以連接種類不同的風(fēng)電機(jī)，避免同類型風(fēng)電機(jī)的應(yīng)用所產(chǎn)生的諧波。此外，為避免諧波的出現(xiàn)，還可以在整個并網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，安裝相應(yīng)的過濾裝置。

2? 提升新能源并網(wǎng)電能質(zhì)量的相關(guān)措施

2.1 協(xié)調(diào)控制儲能與新能源

由于新能源并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響，因此，為提高電能質(zhì)量，有關(guān)部門與人員需要協(xié)調(diào)控制儲能與新能源。主要從以下方面來進(jìn)行：①加強(qiáng)對儲能與大面積新能源發(fā)電整合、并網(wǎng)的管理與控制，在一些特殊的環(huán)節(jié)，需要做好相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制工作，積極在相關(guān)領(lǐng)域分散控制管理模式的推廣，保障新能源能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的多元化。②加大在專業(yè)儲能技術(shù)方面的投入，主要從加強(qiáng)新能源電網(wǎng)的管理著手，比如，積極推廣與應(yīng)用新能源發(fā)電裝置，優(yōu)化相關(guān)的發(fā)電裝置，升級風(fēng)電與光電的爬坡率，避免新能源并網(wǎng)中相關(guān)的限制。

2.2 無功電壓控制

新能源并網(wǎng)條件下，無功電壓控制的實(shí)施，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)良好的電能質(zhì)量控制。當(dāng)前，我國電力系統(tǒng)的無功電壓管控方面，新能源并網(wǎng)逐步朝著分區(qū)域、分層次與就地平衡的趨勢發(fā)展。無功電壓相關(guān)裝置的管理上，相關(guān)部門需要結(jié)合電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的要求，科學(xué)進(jìn)行無功裝置的選擇，保障多種無功設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)良好的協(xié)調(diào)與配合，避免各種設(shè)備之間存在功能的差異性，將多個環(huán)節(jié)點(diǎn)電壓控制在合理的范圍內(nèi)，保障在整個新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，這些無功裝置、設(shè)備設(shè)施能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用，實(shí)現(xiàn)良好的無功電壓控制，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性[5]。在新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)無功電壓的控制上，需要從以下方面來進(jìn)行：①無功電壓的管理與控制與功率計(jì)算之間存在著緊密聯(lián)系，相關(guān)人員需要結(jié)合二者之間的關(guān)系，采用相關(guān)的無功設(shè)施內(nèi)部響應(yīng)機(jī)制，發(fā)揮靜態(tài)與大容量調(diào)換設(shè)施的作用，將間歇性新能源場中的無功電壓加以科學(xué)管理，必要情況下，可以應(yīng)用小幅波動的動態(tài)裝置，提升新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。②將新能源場站群管理與無功電壓管理相結(jié)合，提高新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

2.3 電網(wǎng)調(diào)度控制

新能源并網(wǎng)作為當(dāng)前電力系統(tǒng)完善的一個重要措施，逐步成為電力系統(tǒng)優(yōu)化的重要途徑。但是，由于新能源并網(wǎng)會對原有電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，因此，要最大程度上減小這種影響，相關(guān)部門必須要結(jié)合新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的具體情況，加強(qiáng)對電網(wǎng)調(diào)度的控制，尤其是要加強(qiáng)在并網(wǎng)流程方面的管理與控制，使得在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，能夠充分應(yīng)用系統(tǒng)性的電網(wǎng)調(diào)度，提高新能源發(fā)電的效益。在電網(wǎng)調(diào)度的管理與控制方面，相關(guān)部門與人員需要保障所有的設(shè)備設(shè)施處于正常的運(yùn)行狀態(tài)下，使得各種設(shè)備可以在電力系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。當(dāng)前，在新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度控制方面，有關(guān)電力企業(yè)逐步應(yīng)用了聯(lián)絡(luò)線頻率偏差掌控技術(shù)，該種技術(shù)的應(yīng)用，大大提升了新能源并網(wǎng)電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 加強(qiáng)電能質(zhì)量控制，完善相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，存在著諸多的干擾因素，這些干擾因素的存在，嚴(yán)重降低了電能質(zhì)量。因此，相關(guān)人員在日常的工作中，需要加強(qiáng)對相關(guān)干擾因素的分析，在新能源并網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，嚴(yán)格對這些干擾因素的控制，保障電網(wǎng)系統(tǒng)能夠得到最為有效的控制與管理。具體來說，在電能質(zhì)量的控制、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善上，主要從以下方面來進(jìn)行：①電壓閃變與波動的控制上，需要結(jié)合電能質(zhì)量的要求，在電力系統(tǒng)中，安裝相應(yīng)的電力濾波設(shè)備與裝置，這些設(shè)備的應(yīng)用，在并網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，能夠在一定程度上引發(fā)電壓的浮動，隨后借助于相應(yīng)的動態(tài)電壓恢復(fù)裝置，使得電網(wǎng)系統(tǒng)能夠維持其正常的運(yùn)行狀態(tài)。②諧波的控制上，可以應(yīng)用靜止無功補(bǔ)償設(shè)備的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。

3? 結(jié)束語

當(dāng)前，在可持續(xù)發(fā)展的背景下，太陽能、風(fēng)能等新能源逐步被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，新能源并網(wǎng)逐步成為當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展的主要趨勢，雖然并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了電力網(wǎng)絡(luò)的多元化，但也對電能質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響。因此，必須采取必要的控制措施，提高電力系統(tǒng)電能的總體質(zhì)量。

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