新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量影響的分析

摘 要：新能源是我國能源發(fā)展戰(zhàn)略中的重要組成部分。新能源接入原有配電體系網(wǎng)后，盡管擴大了發(fā)電容量，然而因新能源供電體系存在間歇性及不確定性問題的緣故，難免會影響原有電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量。該文在闡述新能源并網(wǎng)發(fā)電類型與特點的基礎(chǔ)上，剖析了新能源并網(wǎng)帶給電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的具體影響，并探討了優(yōu)化新能源發(fā)電并網(wǎng)質(zhì)量的措施，以供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：新能源并網(wǎng) ?電力系統(tǒng) 電能質(zhì)量 影響 優(yōu)化措施

中圖分類號： U464.235 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）10（c）-0000-00

Analysis on the Impact of New Energy Grid Connection on Power Quality of Power System

WEN Quan

（Anhui Jianyu Testing Technology Co.， Ltd.， Hefei， Anhui Province，230601 China）

Abstract： New energy is an important part of China's energy development strategy. Although the power generation capacity is expanded after the new energy connected to the original distribution system， the power quality of the original power grid system will inevitably be affected due to the intermittent and uncertain problems of the new energy power supply system. On the basis of expounding the types and characteristics of new energy grid connected power generation， this paper analyzes the specific impact of new energy grid connected on power system power quality， and discusses the measures to optimize the grid connected quality of new energy power generation for reference.

Key Words： New energy grid connection; Power system; Power quality; Influence; Optimization measures

我國能源發(fā)展戰(zhàn)略中，以生物質(zhì)能及太陽能為代表的新能源屬于重要的組成內(nèi)容，奠定了我國未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。新能源開發(fā)技術(shù)中，光伏發(fā)電是一項相對成熟的發(fā)電方式，具備大規(guī)模開發(fā)的前景，有利于多元化能源供應(yīng)的實現(xiàn)，且在電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)改善和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不可忽視的作用。但是，其并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)出力不確定且存在間歇性，會嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，如電壓不平衡、電壓波動等。因此，有必要探討新能源發(fā)電并網(wǎng)質(zhì)量的優(yōu)化措施。

1新能源并網(wǎng)發(fā)電類型及特點

新能源形式主要包含由太陽或地球通過運動產(chǎn)生的太陽能、光能及風(fēng)能等，與傳統(tǒng)能源相比具備污染少、儲量大等優(yōu)點，在化解當(dāng)前資源枯竭、能源污染的難題方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。太陽能及風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電方式，在季節(jié)及時間方面的要求極強，發(fā)電機組在光照或風(fēng)力充足的前提下方可滿負(fù)荷運作，從而達(dá)成向?qū)?yīng)公共電網(wǎng)輸送大量電能的目標(biāo)[1]。然而，當(dāng)發(fā)電機組面臨無光照或風(fēng)力不足的情況時就會停止運轉(zhuǎn)，這也突出了新能源并網(wǎng)發(fā)電間歇性的特點。

2新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響

2.1對饋線穩(wěn)態(tài)電壓的影響

新能源并網(wǎng)后，一旦發(fā)電功率有較大波動出現(xiàn)，電力線路中的負(fù)荷也會受到影響，如果此時仍然選擇傳統(tǒng)調(diào)壓方式很難為電壓質(zhì)量提供保障。電壓調(diào)節(jié)期間，應(yīng)當(dāng)參照電力系統(tǒng)運行需求，對調(diào)壓方案進(jìn)行改進(jìn)，以此優(yōu)化新能源發(fā)電的電壓控制效果。

通常而言，新能源發(fā)展點與電網(wǎng)間存在公共銜接點，影響其電壓穩(wěn)定狀態(tài)的因素包含系能源發(fā)電穿透功率、接入電網(wǎng)短路容量等。要想促進(jìn)電壓穩(wěn)定性的提高，有必要做好相關(guān)影響因素的控制及調(diào)節(jié)工作。

2.2對電壓波動、閃變的影響

新能源在接入并網(wǎng)后，因其波動性、隨機性及不可控等特點的影響，會導(dǎo)致電量控制面臨更大的難度[2]。同時，此類不可控電量會向傳統(tǒng)電網(wǎng)傳遞強烈的電流沖擊，引起電網(wǎng)閃變、波動或頻率偏差等，甚至?xí)?dǎo)致饋線潮流產(chǎn)生變更，最終使電網(wǎng)調(diào)峰容量余度或者不可控性增加。一旦出現(xiàn)低于一定范圍的調(diào)峰容量，必定會帶給電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性巨大的影響，所以在關(guān)注并網(wǎng)技術(shù)性能的基礎(chǔ)上，也要積極優(yōu)化電網(wǎng)電量接納能力，并不斷提升其調(diào)峰容量。此外，并網(wǎng)中時常發(fā)生無功損耗問題，因此有必要在發(fā)電系統(tǒng)中增設(shè)無功補償功能。

2.3對電網(wǎng)諧波的影響

光伏發(fā)電并網(wǎng)后，因輸出功率有區(qū)別的緣故，難免會影響電能質(zhì)量。首先，潮流方向轉(zhuǎn)變中，不同地區(qū)有著各不一致的光伏發(fā)電發(fā)展情況，受該地天氣變化的大幅度影響，而光伏發(fā)電并網(wǎng)區(qū)域及對應(yīng)容量也會有差異產(chǎn)生，一旦光伏并網(wǎng)容量超過一定的標(biāo)準(zhǔn)，總體發(fā)電范圍會因此拓展，且會增大定期輸出功率，此時并網(wǎng)會接受更強的輸出功率，且后期會提升電壓。一旦電壓值比標(biāo)準(zhǔn)更高，稍有不慎就會出現(xiàn)潮流導(dǎo)向，嚴(yán)重影響電網(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。其次，并網(wǎng)之后，一旦有浮動的情況出現(xiàn)在光伏發(fā)電功率中，會影響電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，擴大后期電壓浮動狀況。最后，諧波畸變。光伏裝置中電力電子環(huán)流裝置的配備，能以交流電為目標(biāo)轉(zhuǎn)化光伏發(fā)電中的直流電，雖然能使電力系統(tǒng)實現(xiàn)更高的傳輸與利用，然而并網(wǎng)后卻會有諧波電流出現(xiàn)，此類波形穩(wěn)定性相對較差，其中在電容器、電抗裝置諧振特質(zhì)的影響下，此時會呈現(xiàn)出更深程度的諧波畸變。

2.4對電網(wǎng)頻率的影響

新能源發(fā)電具備更明顯的隨機性，并網(wǎng)后電力系統(tǒng)總體發(fā)電容量會嚴(yán)重超標(biāo)，相應(yīng)的也會加大系統(tǒng)內(nèi)電網(wǎng)頻率波動，供配電整體質(zhì)量因此受影響。以風(fēng)力發(fā)電為例，有波動的情況出現(xiàn)在風(fēng)電場功率時，會直接影響電力網(wǎng)絡(luò)，倘若能向?qū)?yīng)的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化此類影響，該函數(shù)模型一般將火電機組轉(zhuǎn)速變化、風(fēng)電場輸出功率波動等包含在內(nèi)，通過對應(yīng)評估模型的構(gòu)建，即可完成對電網(wǎng)運行穩(wěn)定構(gòu)成影響的頻率范圍的計算[3]。新能源并網(wǎng)后，電能總體質(zhì)量一定程度上取決于電力系統(tǒng)頻率，此時結(jié)合火電廠單機等效模型能夠準(zhǔn)確計算小并網(wǎng)頻率受并網(wǎng)的具體影響。

3提升新能源發(fā)電并網(wǎng)質(zhì)量的措施

3.1優(yōu)化儲能及新能源的協(xié)調(diào)控制

首先，在管理和控制儲能及新能源整合發(fā)電的環(huán)節(jié)中，個別規(guī)劃中將分散式控制管理模式及協(xié)調(diào)控制分別設(shè)置為主要和次要管理方向，實現(xiàn)了一定的優(yōu)化。同時，也可引入與風(fēng)險約束相關(guān)的廣域協(xié)調(diào)調(diào)度方式。其次，新能源并網(wǎng)后，通過儲能與大規(guī)模興能源聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的綜合利用，在促進(jìn)風(fēng)電、光電爬坡率得以實現(xiàn)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，盡可能地滿足國家規(guī)定的新能源并網(wǎng)中風(fēng)電、光電有功功率變化[4]。針對儲能充電、放電行為因光電、風(fēng)電功率波動產(chǎn)生變化的情況，可引入超前控制方式，在光電、風(fēng)電功率短期波動方面能夠達(dá)成一定的控制成效。在合并蓄電池與超級電容的基礎(chǔ)上形成儲能，能在一定程度上抑制不同時期新能源的輸出功率。盡管上述方法因?qū)嵱眯?、?jīng)濟(jì)性等綜合因素影響的緣故，尚未全面投入實踐應(yīng)用中，但其本身具備不可忽視的優(yōu)勢，拓展了新能源并網(wǎng)后優(yōu)化電能質(zhì)量的新思路。

3.2合理控制電能質(zhì)量

新能源并網(wǎng)后難免會影響電力系統(tǒng)，此時應(yīng)以電能影響的具體內(nèi)容為根據(jù)，做好電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備完善工作。通過優(yōu)化布局和設(shè)計電力系統(tǒng)，針對閃變及波動易發(fā)位置做好電力濾波器的加裝，控制電壓波動處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而為其運行穩(wěn)定性提供保障[5]。

3.3電網(wǎng)調(diào)度控制

在確保電網(wǎng)調(diào)度控制科學(xué)性和系統(tǒng)性的同時，加大新能源的利用程度。以負(fù)責(zé)發(fā)電計劃、實時協(xié)調(diào)及自動控制發(fā)電量的各個機組為對象分析其運行情況，引入針對性的控制措施，能使各機組實現(xiàn)更密切的配合，平衡區(qū)域級電網(wǎng)功率。該過程中，一般都應(yīng)用了聯(lián)絡(luò)線頻率偏差控制技術(shù)。結(jié)合自動發(fā)電量控制技術(shù)、電壓無功功率自動控制系統(tǒng)，向新能源并網(wǎng)系統(tǒng)下達(dá)調(diào)度指令，監(jiān)測、控制系統(tǒng)無功功率及有功功率。要想實現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運行，需要在電網(wǎng)中接入安穩(wěn)控制系統(tǒng)并作為電網(wǎng)安全防御體系之一，在聯(lián)合繼電保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，最大限度地控制后續(xù)可能出現(xiàn)的各類干擾及影響因素，在避免電力受損的同時，還能消除發(fā)生電力事故的可能性。

3.4無功電壓控制

實踐控制中，無功電壓控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)建立在風(fēng)電機組、光伏逆變器及無功設(shè)備特性的基礎(chǔ)上，在各類無功設(shè)備統(tǒng)籌的前提下，結(jié)合各設(shè)備間性能的差異即可控制整個區(qū)域范圍內(nèi)不同節(jié)點電壓，確保其始終處于規(guī)定范圍內(nèi)，如此即可實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)電力系統(tǒng)電壓安全性的提高[6]。就無功電壓控制技術(shù)而言，主要包含下述幾方面：一是同步開展功率預(yù)測與無功電壓控制，將功率預(yù)測結(jié)果融入無功電壓控制中，聯(lián)合各個無功設(shè)備形成的響應(yīng)時長后，結(jié)合大容量、靜態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備合理調(diào)控大規(guī)模間歇性新能源場站內(nèi)無功電壓。情況必要時，通過小幅波動動態(tài)裝置的運用，可使電力系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定、安全的運行狀態(tài)。二是以新能源場站群為對象，通過無功電壓控制方式的應(yīng)用，確定電壓控制的中樞點為場站群匯集升壓站，形成于場站內(nèi)升壓變壓器的高壓側(cè)電壓此時能體現(xiàn)出適當(dāng)?shù)募s束效果，在與變電站與場站內(nèi)無功調(diào)節(jié)裝置聯(lián)合之后展開有效處理。在該方式的運用下，能為區(qū)域內(nèi)電壓提供穩(wěn)定性保障。

4結(jié)語

綜上所述，新能源并網(wǎng)后，發(fā)電系統(tǒng)盡管能將人們用電需求有效滿足，然而因新能源供電體系存在間歇性及不確定性問題的緣故，原有電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量難免會受影響，如電壓不平衡、電壓波動等。因此，有必要探討新能源發(fā)電并網(wǎng)質(zhì)量的優(yōu)化措施。此時，通過優(yōu)化儲能及新能源的協(xié)調(diào)控制、完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、合理控制電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度控制、無功電壓控制等措施的開展，即可最大限度消除電網(wǎng)系統(tǒng)受影響的情況，不僅能實現(xiàn)更穩(wěn)定、安全的運行，且能大幅優(yōu)化電能質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜強，郎澤萌，張小雷，等.新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響[J].電力設(shè)備管理，2020（12）：120-121.

[2] 王博，楊德友，蔡國偉.高比例新能源接入下電力系統(tǒng)慣量相關(guān)問題研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2020，44（8）：298-3007.

[3] 劉娜.新能源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響[J].黑龍江科學(xué)，2020，11（14）：114-115.

[4] 張陽玉，劉曉琳.新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響[J].價值工程，2020，39（14）：235-236.

[5] 徐嘉瑋.新能源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響[J].通信電源技術(shù)，2020，37（5）：267-268.

[6] 袁志昌，郭佩乾，劉國偉，等.新能源經(jīng)柔性直流接入電網(wǎng)的控制與保護(hù)綜述[J].高電壓技術(shù)，2020，46（5）：1460-1475.

作者：溫全（1983—），男，碩士，工程師，研究方向為新能源發(fā)電系統(tǒng)。