新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究

李巖

摘要：近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)保持穩(wěn)步發(fā)展，諸多行業(yè)表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭，能源消耗總量逐漸增加。人們開始積極尋找替代傳統(tǒng)能源的方式，目前已經(jīng)取得一些成果。新能源基本不會(huì)污染環(huán)境，可以逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。在運(yùn)用新能源的過程中，人們要考慮使用成本和能源利用率。本文首先概述了新能源發(fā)電并網(wǎng)，然后分析了新能源的種類和特點(diǎn)，詳細(xì)說明新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，最終提出建議，以推動(dòng)新能源發(fā)電并網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展。

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

可再生能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今時(shí)代十分具有開發(fā)潛力的技術(shù)項(xiàng)目，其中風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等分布式發(fā)電技術(shù)對(duì)于滿足我國(guó)整體的用電需求起到了重要的作用。但是可再生能源發(fā)電技術(shù)不可避免要面臨并網(wǎng)狀態(tài)，為最大限度上保障可再生能源的發(fā)電利用率，并網(wǎng)系統(tǒng)要合理控制相關(guān)策略，從而在保證最大輸出的基礎(chǔ)上達(dá)到對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的最小化。即使在這種策略控制下，由于風(fēng)速或光照強(qiáng)度等動(dòng)態(tài)波動(dòng)變化因素的不斷改變，使得新能源并網(wǎng)發(fā)電站的輸出功率存在著較大波動(dòng)，這種間歇性的功率波動(dòng)對(duì)整體的電能質(zhì)量會(huì)造成不利影響。新能源發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)設(shè)置時(shí)往往會(huì)采用電力電子裝置，就會(huì)不可避免的產(chǎn)生電壓電流諧波，從而使變流器產(chǎn)生附加諧波電流，從而在很大程度上會(huì)影響電網(wǎng)頻率波動(dòng)和穩(wěn)定性。

1新能源發(fā)電并網(wǎng)概述

新能源具有諸多優(yōu)點(diǎn)，種類較多，如太陽能、海洋能、風(fēng)能等，其逐漸替代傳統(tǒng)能源。人們要大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，緩解環(huán)境污染，解決能源短缺問題。和傳統(tǒng)能源相比，新能源具有間歇性，如太陽能、風(fēng)能。一些電力企業(yè)將風(fēng)能和太陽能當(dāng)作電能的主要來源，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，使得風(fēng)能和太陽能的需求不斷增加。但是，一旦遇到無風(fēng)、陰雨天等情況，就會(huì)影響新能源發(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致發(fā)電能力下降?，F(xiàn)階段，部分地區(qū)大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，卻忽視環(huán)境保護(hù)，釀成嚴(yán)重的環(huán)境污染，各種傳統(tǒng)能源的消耗量快速增加，導(dǎo)致傳統(tǒng)能源儲(chǔ)量快速減少。在這種情況下，積極開發(fā)和使用新能源具有十分重要的作用。新能源發(fā)電并網(wǎng)形式多樣，當(dāng)前，人們要大力研究新能源發(fā)電技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)，大力推廣和應(yīng)用新能源，拓展新能源的發(fā)展空間。

2新能源發(fā)電并網(wǎng)的特征和類型

2.1新能源并網(wǎng)發(fā)電的特點(diǎn)

新能源發(fā)電對(duì)于解決傳統(tǒng)的能源稀缺問題和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義，但是與傳統(tǒng)的能源發(fā)電相比來說，新能源本身具有間歇性特點(diǎn)。風(fēng)能和太陽能在作為主要發(fā)電能源時(shí)，發(fā)電設(shè)備對(duì)于風(fēng)能和太陽能的需求量是十分巨大的。但是特殊季節(jié)或者天氣情況下光照和風(fēng)力往往會(huì)出現(xiàn)變化，這就會(huì)很大程度上導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備無法滿負(fù)荷運(yùn)行，也就意味著無法制造出大量的電能來輸送到公共電網(wǎng)中，最終對(duì)整體的電動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[1]。

2.2新能源并網(wǎng)發(fā)電的類型

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的能源發(fā)電給人類社會(huì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。因此新能源發(fā)電逐漸成為新的環(huán)保趨勢(shì)，能源并網(wǎng)發(fā)電形式也逐漸得到了推廣。目前階段新能源并網(wǎng)發(fā)電的類型主要有風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電以及水力發(fā)電等。隨著科技條件的不斷進(jìn)步，更多類型的新能源發(fā)電形式也會(huì)逐漸出現(xiàn)，這些都對(duì)人們的生活和社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生了十分重要的影響。

3新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響

3.1對(duì)電網(wǎng)頻率的影響

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)頻率異常的概率是很少的，根據(jù)相關(guān)并網(wǎng)光伏頻率變化數(shù)據(jù)可以知道，即使光伏發(fā)電站容量較小時(shí)，也可以允許多臺(tái)機(jī)組投切，而不會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)頻率受限的情況。而在新能源發(fā)電站的發(fā)電容量占電網(wǎng)內(nèi)總量比例逐漸增大時(shí)，由于新能源發(fā)電機(jī)出力的隨機(jī)性，就可能導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)頻率出現(xiàn)波動(dòng)，由此對(duì)用電用戶或整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良的影響。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并建立風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)頻率的評(píng)估模型后，我們可以得出0.01～1.0Hz的功率波動(dòng)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響最大[2]。

3.2新能源發(fā)電并網(wǎng)給饋線穩(wěn)態(tài)電壓帶來的影響

分布式電源接入的電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)需要借助多種裝置，如變壓器、動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)裝置，多種裝置相互配合。在開展電壓調(diào)節(jié)時(shí)，如果新能源電網(wǎng)的接入比例較高，就可能會(huì)使發(fā)電站線路負(fù)荷過大，無法確保電力調(diào)整穩(wěn)定開展，因?yàn)榘l(fā)電站功率存在波動(dòng)現(xiàn)象。通常，在進(jìn)行新能源發(fā)電并網(wǎng)時(shí)，兩個(gè)發(fā)電站的距離設(shè)計(jì)十分重要。如果新能源發(fā)電站和主發(fā)電站的距離較大，那么負(fù)荷比例會(huì)隨之變高;相反，如果新能源發(fā)電站和主發(fā)電站的距離較小，那么負(fù)荷比例會(huì)隨之變小。負(fù)荷比例和距離大小存在密切聯(lián)系，負(fù)荷比例不斷增大時(shí)，發(fā)電站上游輸送功率極易出現(xiàn)逆流，電壓沒有均勻分布。

3.3新能源發(fā)電的間歇和波動(dòng)性對(duì)電能質(zhì)量的影響

根據(jù)當(dāng)今的實(shí)際情況來看，大部分的新能源發(fā)電都存在著間接性和波動(dòng)性缺陷。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)能本身的不穩(wěn)定和季節(jié)性特點(diǎn)，就使得變電站產(chǎn)生的電能也就會(huì)隨之出現(xiàn)間接性和波動(dòng)性狀態(tài)，進(jìn)而使得新能源在發(fā)電并網(wǎng)過程中對(duì)電能的整體質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。對(duì)于這類新能源電能來說其控制手段比較復(fù)雜而且難以實(shí)現(xiàn)，在控制過程中還會(huì)產(chǎn)生電能沖擊會(huì)直接導(dǎo)致電量頻率紊亂，進(jìn)而出現(xiàn)電力供應(yīng)偏差或者電網(wǎng)閃變故障。為了有效改善這種故障情況，就需要在風(fēng)力發(fā)電廠穿過低壓時(shí)就把電廠的電壓控制在一個(gè)較低的范圍內(nèi)。還要不斷提升電網(wǎng)對(duì)于電量的接納能力，不斷調(diào)整將電網(wǎng)的電量峰值調(diào)整到合理的數(shù)值范圍內(nèi)，從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4推動(dòng)新能源發(fā)電并網(wǎng)發(fā)展的建議

4.1協(xié)調(diào)新能源和控制儲(chǔ)能的關(guān)系

近幾年，電力企業(yè)設(shè)計(jì)和開發(fā)出一種以分散控制為主、協(xié)調(diào)控制為輔的控制模式，積極協(xié)調(diào)新能源和控制儲(chǔ)能的關(guān)系。電力企業(yè)設(shè)計(jì)并開發(fā)出廣域協(xié)調(diào)方式，通過廣域形式協(xié)調(diào)常規(guī)發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能和具有間歇性的新能源。電力企業(yè)可以借助超級(jí)電容和蓄電池構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)，有效應(yīng)對(duì)新能源每個(gè)階段輸出功率的變化[3]。

4.2統(tǒng)一新能源發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)相關(guān)實(shí)踐可以得知當(dāng)前情況下，我國(guó)對(duì)于新能源的發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不夠統(tǒng)一，相關(guān)的規(guī)定條例還不完善。相關(guān)技術(shù)人員對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和新能源并網(wǎng)發(fā)電會(huì)產(chǎn)生的負(fù)面影響掌握程度不夠，并且對(duì)于系統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度以及影響電網(wǎng)輸電整體質(zhì)量的因素都無法做出科學(xué)的解釋和并制定應(yīng)對(duì)措施。因此相關(guān)部門和機(jī)構(gòu)要系統(tǒng)完善風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的相關(guān)設(shè)施，嚴(yán)格管理逆變器和控制器。在運(yùn)行過程不斷加強(qiáng)技術(shù)方面的研究進(jìn)度，并且針對(duì)新能源發(fā)電并網(wǎng)過程中可能出現(xiàn)的故障提出科學(xué)有效的解決措施。最后要不斷統(tǒng)一各地多樣的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，明確新能源發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入門檻，并規(guī)定相關(guān)部門嚴(yán)格執(zhí)行并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從基礎(chǔ)條件保證新能源發(fā)電并網(wǎng)的安全性和有效性。

結(jié)論：新能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)影響電網(wǎng)電能質(zhì)量，可能影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。要想實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電并網(wǎng)，推動(dòng)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，電力企業(yè)需要不斷努力，積極優(yōu)化電力系統(tǒng)，升級(jí)電力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為大眾提供安全和穩(wěn)定的電力資源。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂志盛，閆立偉，羅艾青，王強(qiáng)鋼，周念成.新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究[J]華東電力，2021，40（02）：251-256.

[2]宋平凡，佟勝偉，段森園.新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析[J].通信電源技術(shù)，2020，36（12）：139-140.

[3]盛萬興，吳鳴，季宇，寇凌峰，潘靜，施海峰，牛耕，王中冠.分布式可再生能源發(fā)電集群并網(wǎng)消納關(guān)鍵技術(shù)及工程實(shí)踐[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2021，39（08）：2175-2186+1.