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

杜芳 樊毅 李鵬云

摘 要：近年來，由于電力需求缺口不斷擴大，火力發(fā)電方式已不能滿足人們生活和生產(chǎn)的電力需求。除了突破發(fā)電技術(shù)，在充分利用其清潔和可再生能源技術(shù)優(yōu)勢的同時，在一定程度上徹底解決電力需求問題并改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。然而，如今新能源發(fā)電技術(shù)還不是很成熟，尤其是在并網(wǎng)期間，對整體電能質(zhì)量的影響更為深遠。文章通過分析新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，提出具體解決方案，以期全面提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。

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

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）10--02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.060

目前，在時代與科學(xué)技術(shù)不斷進步的同時，我國電力事業(yè)迎來了發(fā)展高峰期，這也使人們對電網(wǎng)質(zhì)量與安全也提出了更高的要求。隨著國家對電能需求的不斷增大，單純依靠化石燃料進行燃燒發(fā)電已經(jīng)不能滿足日益增長的用電需要，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等一些新能源技術(shù)已經(jīng)成為目前最有潛力的可再生能源發(fā)電技術(shù)。由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點，導(dǎo)致新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在實際運行過程中存在不穩(wěn)定性、間斷性，不利于發(fā)電系統(tǒng)正常工作。如何正確采取可行的質(zhì)量控制措施，確保在最大電能產(chǎn)出的基礎(chǔ)上，消除這些負面影響和正影響才是電網(wǎng)系統(tǒng)電能利用質(zhì)量的根本問題，受到了越來越多從業(yè)者的關(guān)注[1]。

21世紀以來，我國傳統(tǒng)能源發(fā)電占比逐年下降，新能源發(fā)電占比逐年上升，但新能源發(fā)電受到許多因素的影響，因此，將新能源發(fā)電并入電網(wǎng)是一項艱巨的任務(wù)，要從新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的方面出發(fā)，分析新能源發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成影響的因素。新能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時，經(jīng)常采用電力電子設(shè)備，會不可避免地會產(chǎn)生電壓和電流諧波，使變頻器產(chǎn)生額外的諧波電流，從而在很大程度上影響頻率的波動和電源的穩(wěn)定性。新能源發(fā)電站的使用在某種角度上會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生較為深遠的影響，落實新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的分析，是確保我國電力網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)前提。但是，新能源發(fā)電就目前技術(shù)來說還不夠完善，在發(fā)電并網(wǎng)過程中對整體電能質(zhì)量會產(chǎn)生一定的影響。因此，科研工作者應(yīng)積極探索新能源發(fā)電模式，利用其無污染、可再生等優(yōu)勢，在解決人們用電需要的同時改善生態(tài)環(huán)境。

1 新能源電網(wǎng)連接的類型和特點分析

1.1 特點

與傳統(tǒng)能源相比，新能源發(fā)電技術(shù)具有一定的優(yōu)勢，尤其是在清潔環(huán)保、低碳排放和可持續(xù)再生方面，但是，新能源發(fā)電技術(shù)受自然條件的影響很大，仍然存在一些問題。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)力發(fā)電在很大程度上彌補了工業(yè)用電和生活用電的缺口，但是一旦遇到特殊的天氣條件或季節(jié)性風(fēng)等情況，發(fā)電設(shè)備可能會出現(xiàn)難以滿負荷運轉(zhuǎn)的情況，導(dǎo)致公共電網(wǎng)產(chǎn)生大量能量缺口，使生產(chǎn)生活受到嚴重影響。

1.2 類型

隨著科技水平不斷提高，人們在自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了多種可以用于發(fā)電的清潔可再生能源，其中，風(fēng)能、水能、潮汐能、太陽能、生物能和核能發(fā)電是目前清潔能源的主流。開發(fā)新能源需要其具備兩個特點，一是能源的清潔型，二是能源的可持續(xù)利用性?？傮w來看，太陽能、風(fēng)能比較依賴天氣狀況，具有不確定性，潮汐能受到各種自然條件的制約，核能則具有一定的危險性，因此，目前人類對于清潔能源的掌握還不是特別牢靠，仍需要大量科研工作者的努力[2]。

1.3 目前我國新能源并網(wǎng)發(fā)電現(xiàn)狀

《國家電網(wǎng)有限公司服務(wù)新能源發(fā)展報告2020》顯示，截至2019年年底，我國新能源累計裝機容量突破4億kW，占全球的34%，而且還在急劇增加。在我國的能源規(guī)劃中，基本三十年內(nèi)將新能源的使用達到能源總利用的50%。在這些新能源利用的增量中，最主要的兩種能源就是風(fēng)能和太陽能，雖然儲量極大，但風(fēng)能、太陽能的發(fā)電具有不穩(wěn)定性，導(dǎo)致新能源并電網(wǎng)會出現(xiàn)一些問題，不能直接接入傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，會造成成本增加。

2 新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

2.1 電網(wǎng)頻率的影響

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)在正常運行期間，發(fā)生異常和高頻率干擾事件的潛在風(fēng)險很小。但是根據(jù)去年并網(wǎng)大型光伏電站的運行頻率波動變化統(tǒng)計數(shù)據(jù)，當并網(wǎng)光伏電站的裝機容量變化較小時，可以選擇允許多個發(fā)電機組同時或分別進行開、關(guān)操作。如果新能源水力電站的設(shè)計發(fā)電量在水力電網(wǎng)建設(shè)總量規(guī)模中的占比逐漸增加，新能源電站發(fā)電機組所輸出的頻率隨機性將大大提高，尤其是在0.01 Hz～1.0 Hz的情況下，整個水力電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出頻率都會發(fā)生較大波動，將對電力系統(tǒng)發(fā)展產(chǎn)生非常不利的影響。

2.2 發(fā)電間歇性和波動性影響

結(jié)合當前的實際經(jīng)營情況，大多數(shù)新能源光伏發(fā)電經(jīng)營方式一般都有價格波動性大、間歇性大等技術(shù)上的缺陷。以我國風(fēng)力發(fā)電周期為例，風(fēng)力發(fā)電具有強烈的資源不確定性和周期季節(jié)性，因此風(fēng)力為主的變電站發(fā)電的不穩(wěn)定性很強，在一定時期內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電會對電能的整體質(zhì)量產(chǎn)生極其不利的影響。同時，新能源發(fā)電并網(wǎng)控制困難，控制措施相對復(fù)雜，在特定的控制周期可能產(chǎn)生電擊，導(dǎo)致電源偏差或閃爍故障[3]。

2.3 諧波對電能質(zhì)量的影響

在新能源并網(wǎng)中，諧波是影響電力質(zhì)量的主要原因之一。由于風(fēng)能及太陽能的不穩(wěn)定性與間歇性，在發(fā)電過程中很容易產(chǎn)生諧波，諧波對新能源發(fā)電系統(tǒng)的破壞性是非常大的，容易造成發(fā)電系統(tǒng)失控，引發(fā)安全事故，導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)癱瘓，出現(xiàn)大范圍的停電現(xiàn)象。

2.4 孤島現(xiàn)象的影響

孤島現(xiàn)象是電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的一種現(xiàn)象，具有極強的破壞性和危險性。在電網(wǎng)電壓缺失時，新能源發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)接入的部分就會產(chǎn)生局部的閉合電路，孤島現(xiàn)象隨之產(chǎn)生，帶來嚴重的不可控制性，電網(wǎng)的調(diào)節(jié)和管理無法發(fā)揮作用。如果孤島中的供電超過電力設(shè)備的限額，會對電力設(shè)備產(chǎn)生極大的損害，工作人員檢修設(shè)備時甚至?xí)媾R觸電的風(fēng)險。所以，在新能源并網(wǎng)構(gòu)建中，如何科學(xué)有效避免孤島現(xiàn)象是工作人員必須考慮的問題。

隔離會使電網(wǎng)中的電壓和頻率出現(xiàn)動態(tài)波動，當電壓和頻率的波動空間超過電網(wǎng)的安全范圍時，會影響設(shè)備的安全使用。在孤島的情況下，電路系統(tǒng)會出現(xiàn)自動跳閘，負載容量也會發(fā)生變化。當容量超過指定范圍時，傳送帶中將有超速負載，導(dǎo)致逆變器溫度過高，并相應(yīng)地引起著火現(xiàn)象，危及維修人員的生命安全。

3 新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)質(zhì)量的改進措施

目前，新能源電網(wǎng)發(fā)展時間尚短，新能源發(fā)電技術(shù)還不完善和成熟，相關(guān)法規(guī)和政策也有待完善。新能源發(fā)電的波動和間歇性是由自然因素決定的，即使不能改變原始的自然條件，也可以通過改進發(fā)電設(shè)備等彌補技術(shù)缺陷。因此，在實際生產(chǎn)過程中，地方政府和有關(guān)部門必須強化調(diào)試并網(wǎng)的新能源設(shè)備，使其適應(yīng)電網(wǎng)技術(shù)和性能條件，并在整體電網(wǎng)的基礎(chǔ)上增強電網(wǎng)動力。要調(diào)整電網(wǎng)和輸電峰值容量，進一步提高波動性和間歇性電力的總體接受水平。同時，新能源發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)兼顧無功調(diào)節(jié)和有功調(diào)節(jié)的雙重功能，最大程度地降低新能源波動對整體電能質(zhì)量的影響[4]。

4 結(jié)語

長期以來，可再生熱量能源技術(shù)被認為是一項具有很大市場發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新項目，特別是用于風(fēng)力發(fā)電、光伏水力發(fā)電等分布式風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)，在滿足我國電力行業(yè)總體發(fā)展需求中一直占有主導(dǎo)地位，并發(fā)揮著重要的作用。因此，有必要通過技術(shù)進步和設(shè)備研發(fā)，排除影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的不利因素，實現(xiàn)新能源電力的大規(guī)模應(yīng)用。文章通過深入研究和討論，明確了目前新能源利用的可靠性和缺陷，經(jīng)過并網(wǎng)發(fā)電處理后，其電網(wǎng)的生產(chǎn)質(zhì)量將受到不同程度的影響，通過一系列措施操作，逐一突破新能源的不足，加快代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的步伐，推動實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

參考文獻

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