新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析

耿鵬 郭文慧

摘要：電力工程是我國基礎(chǔ)建設(shè)中非常重要的組成部分，現(xiàn)如今，全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國家對于能源的需求越來越大。隨著化石能源的逐漸減少和人們環(huán)保意識的提高，我國開始關(guān)注新能源的發(fā)展?，F(xiàn)在廣泛使用的新能源有風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?，但新能源發(fā)電容易受環(huán)境影響，存在不穩(wěn)定和易間斷等缺陷，而大規(guī)模并網(wǎng)后會對電網(wǎng)產(chǎn)生一些不利影響。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電并網(wǎng);電網(wǎng)電能質(zhì)量;影響分析

引言

時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展推動我國整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí)，對于能源的需求越來越大。能源是人類社會穩(wěn)定發(fā)展的重要條件，各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)與工作都離不開能源的支持，但是自然界衍生的能源產(chǎn)量隨著開采逐漸減少，因此對新能源的開發(fā)和研究成為重點(diǎn)。

1新能源發(fā)展的概況

新中國成立后，經(jīng)濟(jì)建設(shè)作為我國的重要任務(wù)之一，對煤、石油等化石資源的需求顯著增加。隨著電能的廣泛應(yīng)用，煤炭作為當(dāng)時(shí)最易獲取的資源，在很長的一段時(shí)間里，火力發(fā)電成為了最主要的發(fā)電方式。隨后，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度得到了世界的認(rèn)可，但在發(fā)展過程中能源的使用量增加一倍。由于使用了不成熟的發(fā)電技術(shù)和環(huán)境治理技術(shù)，能量轉(zhuǎn)化效率較低，且煤炭的過度使用排放了大量的有毒物質(zhì)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間的不協(xié)調(diào)問題日益突出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐明顯遲緩，為此我國提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，不斷促進(jìn)能源改革，改良發(fā)電技術(shù)提高能源轉(zhuǎn)化率，并大力開發(fā)新能源，使環(huán)境和經(jīng)濟(jì)共同發(fā)展。目前，我國已形成多種能源結(jié)合的多元化能源體系。2012年，水電、風(fēng)電、核電、太陽能等能源占一次能源消費(fèi)比重已達(dá)到8.3%。

2新能源并網(wǎng)對電能質(zhì)量影響的具體表現(xiàn)

2.1新能源并網(wǎng)對電壓閃變和波動的影響

首先從分析新能源發(fā)電的特點(diǎn)入手，光伏發(fā)電是利用太陽能，其發(fā)電效率受到溫度、光照等因素影響較大，白天因晴天和陰天的溫度、光照有較大差異發(fā)電量不同，晚間因溫度低、無陽光不發(fā)電，從而造成光伏發(fā)電輸出功率變化較大，引起電壓變化較大。風(fēng)力發(fā)電受風(fēng)速的影響較大，所以一般都在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)建立風(fēng)力發(fā)電廠。風(fēng)速變化造成風(fēng)力發(fā)電功率變化較大，從而造成電壓的閃變、波動。新能源發(fā)電機(jī)組的停止和開啟、出力等過程中，輸出功率會發(fā)生較大的波動，電壓也隨之發(fā)生較大的變化，對電網(wǎng)造成很大的沖擊，導(dǎo)致電壓閃變與波動。并網(wǎng)的短路容量值越高，電壓閃變波動越少。通過對電壓變化原因的研究，制定相應(yīng)的措施可以有效減少新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)造成的不良影響，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.2間接性和波動性發(fā)電

新能源的供應(yīng)往往和自然環(huán)境息息相關(guān)，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(zhuǎn)換效率即為波動性。在風(fēng)能發(fā)電中，由于風(fēng)能與其速度之間為正向關(guān)系，而風(fēng)速屬于自然條件的范圍，具有明顯的不可預(yù)測性，也無法對其實(shí)施控制，這就限制了風(fēng)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(zhì)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(dǎo)致加強(qiáng)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(fēng)電場中的電壓可能會突發(fā)性增強(qiáng)，再加上風(fēng)電場設(shè)備中缺乏有效的調(diào)節(jié)裝置，就會擴(kuò)大強(qiáng)大電流對于風(fēng)電場的沖擊，非常容易導(dǎo)致風(fēng)電裝置的損壞。

2.3新能源發(fā)電并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)諧波問題

以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為例，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的諧波是來自風(fēng)電機(jī)組的電力電子元件。恒速風(fēng)機(jī)本身一般不產(chǎn)生諧波，但是目前使用比較普遍的雙饋異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)中應(yīng)用了很多的電子元件，且直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)組中的交直交變器采用了很多具有電力電子非線性元器件的可控PWM整流或不控整流，因此會產(chǎn)生一定的諧波。新能源發(fā)電并網(wǎng)的光伏逆變器開關(guān)IGBT和脈寬調(diào)制控制會在光伏并網(wǎng)運(yùn)行的過程中產(chǎn)生一定的諧波電流。此外，光伏輸出功率的不穩(wěn)定性以及光照的變化和不對稱性都會導(dǎo)致諧波的出現(xiàn)。

3優(yōu)化電網(wǎng)質(zhì)量和穩(wěn)定的措施

3.1優(yōu)化對電能質(zhì)量的控制

由于風(fēng)能、太陽能等自身的特性，發(fā)電系統(tǒng)在不同時(shí)段輸出的功率差距較大，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來了危害。為了減少電力系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，最好在新能源并網(wǎng)處安裝電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)中電壓波動、電壓偏差、諧波變化的情況。在不滿足使用要求的情況下，通過安裝有源電壓濾波器和無功功率補(bǔ)償器等措施來改善電能質(zhì)量。

3.2針對波動性和間歇性的解決措施

波動性和間歇性是由自然因素而產(chǎn)生的影響，雖然不能對自然條件進(jìn)行控制，但是可以對設(shè)備進(jìn)行控制。首先，對于發(fā)電并網(wǎng)的新能源設(shè)備，可以加入擁有規(guī)定的并網(wǎng)技術(shù)性能。其次，提升電網(wǎng)對于峰值的調(diào)節(jié)能力，加大電網(wǎng)對于波動和間歇問題的接納能力。當(dāng)然，在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，裝置必須要要具備有功功率調(diào)整與無功功率調(diào)整的功能。最后，在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的發(fā)電站中很容易出現(xiàn)沒有功率還在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的損耗，所以新能源發(fā)電設(shè)備必須要具備無功補(bǔ)償功能。

3.3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(shè)備中都會發(fā)生諧波現(xiàn)象，無論是新能源發(fā)電的相關(guān)設(shè)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(guān)的措施加以避免和防范，比如在風(fēng)電場的系統(tǒng)內(nèi)，為了消除諧波問題，就需要集中連接各種風(fēng)電機(jī)設(shè)備，并且安裝適宜的諧波過濾設(shè)施，全面控制電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波情況，在必要的時(shí)候，也需要利用到無功補(bǔ)償設(shè)施。

3.4完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

新能源具有環(huán)保和可再生的優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛應(yīng)用。新能源發(fā)電涉及的技術(shù)領(lǐng)域比較多，新能源發(fā)電并網(wǎng)則更為復(fù)雜，所以在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題。要不斷加強(qiáng)對新能源發(fā)電并網(wǎng)的研究，不斷完善新能源發(fā)電并網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對新能源并網(wǎng)中存在的問題進(jìn)行攻關(guān)，減少并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量帶來的不良影響。同時(shí)認(rèn)真學(xué)習(xí)研究電力信息通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，做好電力系統(tǒng)的智能化管理，及時(shí)監(jiān)測并網(wǎng)對電網(wǎng)運(yùn)行的影響，從而不斷優(yōu)化新能源并網(wǎng)技術(shù)，減少諧波、電壓波動等對電力系統(tǒng)的危害，確保新能源發(fā)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.5發(fā)展相關(guān)先進(jìn)技術(shù)

限制我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)最重要原因是發(fā)電、輸電技術(shù)的不成熟。先進(jìn)的技術(shù)可以起到改善發(fā)電質(zhì)量的作用。以光伏發(fā)電為例，一方面通過機(jī)械自動控制裝置改變太陽能板的工作點(diǎn)來達(dá)到發(fā)電功率相對恒定的目的，另一方面利用儲能裝置的輸出功率容易控制的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對功率的調(diào)節(jié)，但提高了對電池的要求。根據(jù)新能源并網(wǎng)規(guī)模改善供配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可減小在發(fā)生故障后電力系統(tǒng)做出正確反應(yīng)的難度，使供配電系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定。

結(jié)語

中國的新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平走在世界前列，但仍存在阻礙新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的問題，需要加強(qiáng)技術(shù)人員培養(yǎng)，改進(jìn)新能源發(fā)電技術(shù)，借助其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，解決發(fā)電過程產(chǎn)生的可能影響電網(wǎng)安全的問題。在發(fā)展新興技術(shù)的同時(shí)，要拓寬新能源產(chǎn)品的市場，凸顯新能源的優(yōu)勢。

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