新能源发电并网对电网电能质量的影响分析

2019-01-14宋平凡佟胜伟段森园

通信电源技术 2019年12期

宋平凡，佟胜伟，段森园

（吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春 130118）

0 引言

能源是人类社会稳定发展的重要条件，各个领域的生产与工作都离不开能源的支持，但是自然界衍生的能源产量随着开采逐渐减少，因此对新能源的开发和研究成为重点。本文以新能源发电并网为例进行分析，虽然新能源发电替代了传统的发电，但是其技术上还存在一些不成熟的因素。

1 新能源发电并网的类型和特点

1.1 新能源并网发电的类型

现阶段，新能源并网发电的形式逐渐得到推广。新能源具有无污染、可再生等优势，新能源发电的类型主要有风能发电、太阳能发电、以及水利发电等。随着社会的不断进步，传统能源发电以及人类活动给社会环境带来了严重的破坏，同时能源消耗持续能加，导致传统的能源日益减少。此时新能源发电开始逐渐替代传统的能源发电，因此加强对新能源发电的开发和研究对于人们的生活和社会发展都具有重要意义[1]。

1.2 新能源并网发电的特点

新能源发电对于环境保护和解决传统能源稀缺问题都具有十分积极的意义，但是与传统的能源发电相比，新能源本身具有一定的间歇性特点[2]。例如，风能和太阳能，如果将风能和太阳能作为发电的主要能源，那么发电设备对于风能和太阳能的需求量就十分大；对于特殊季节或者是天气，如果出现光照或者是风力不足，就会导致发电设备无法满负荷的运行，进而无法制造出大量的电能来输送到公共电网中[3]。

2 新能源发电并网对电网电能质量产生的影响

2.1 对电网频率的影响

在新能源发电并网的过程中，如果发电站的发电量在电力系统发电量中的比例增加，那么新能源发电机组会因为其本身的不稳定而出现随机性，进而导致电网内频率出现异常波动现象。这样的情况会导致电力系统和用户本身都受到严重影响[4]。如果把风力发电厂与火力发电厂的功率波动，看作是风力发电厂与火力发电厂机组转速变化产生的波动，再针对系统频率建立一个评估模型，数据显示在火电机组自动发电系统中，0.02 ～10 Hz 的功率波动对于电网产生的影响最大。

2.2 间歇性和波动性发电的影响

在新能源发电并网的过程中，以风力发电作为新能源并网发电的案例进行分析。由于风力本身的不稳定和间歇性特点，发电站产生的电能也随之出现间歇性和不稳定的特点。对于这类电能，其控制难度比较大，且在控制这些电能的过程中产生的电流冲击会导致电量的频率出现偏差或者是电网闪变的现象。为了有效避免在电网中出现瞬间障碍，需要在风力发电厂穿过低压时就把电厂的电压控制在较低的范围。只有不断提升电网对于电量的接纳能力，同时将电网的电量调峰提升到合理的数值范围，才能保证电网的稳定运行。在新能源发电并网的过程中，动态无功功率和功率调整对于并网的影响都十分重要，无功消耗在并网发电过程中比较常见，所以在新能源并网发电的系统中无功补偿功能的应用也比较常见。

2.3 新能源发电并网导致电网谐波问题

以风力发电和光伏发电为例，风力发电产生的谐波是来自风电机组的电力电子元件。恒速风机本身一般不产生谐波，但是目前使用比较普遍的双馈异步发电机和同步发电机中应用了很多的电子元件，且直驱永磁同步发电机组中的交直交变器采用了很多具有电力电子非线性元器件的可控PWM 整流或不控整流，因此会产生一定的谐波。新能源发电并网的光伏逆变器开关IGBT 和脉宽调制控制会在光伏并网运行的过程中产生一定的谐波电流。此外，光伏输出功率的不稳定性以及光照的变化和不对称性都会导致谐波的出现。

2.4 孤网的问题

在大电网出现失压现象时，并网的风力发电与光伏发电都还在继续进行发电，同时还与本地负载相连接，进而形成一个新的平衡网，这就是孤网。此时大电网会失去对孤网电压及频率的控制。脱离大电网的控制后，受电的位置如果出现变化或者是输出功率出现变化，就会导致孤网崩溃，进而导致孤网的电压和频率都发生变化。如果变化没有超出可控范围，那么产生的影响和危害尚且可以控制；但是一旦超出可控范围，就会对电路造成破坏，严重时可能会破坏整个装置；在供电不足的情况下会导致逆变器过载，进而破坏逆变器。

3 电网电能质量下降而导致的危害

电网电能的质量涉及的方面比较多，其中比较典型的质量问题就是出现电压跌落现象。在传统的企业中，暂时性的电压跌落不会导致严重的危害。但是对于新兴的电子设备产业，不同的设备对于电压跌落情况的敏感性不同，一些比较精密的电子设备在进行生产的过程中对于电压跌落十分敏感。这类设备通常是在进行大规模的生产活动，因此即便是暂时性的电压跌落也会导致十分严重的经济损失。

4 应对新能源发电并网对电网电能质量影响的措施

4.1 针对波动性和间歇性的解决措施

波动性和间歇性是由自然因素而产生的影响，虽然不能对自然条件进行控制，但是可以对设备进行控制。首先，对于发电并网的新能源设备，可以加入拥有规定的并网技术性能。其次，提升电网对于峰值的调节能力，加大电网对于波动和间歇问题的接纳能力。当然，在新能源发电系统中，装置必须要要具备有功功率调整与无功功率调整的功能。最后，在风力发电和光伏发电的发电站中很容易出现没有功率还在继续运转的损耗，所以新能源发电设备必须要具备无功补偿功能。

4.2 解决谐波带来的影响的措施

谐波出现是因为电子设备而导致，无论是风力发电机本身存在问题还是并联补偿电容器与线路出现了问题，都是能够避免的。因此，在风力发电厂中，必须要避免单独升高或者是降低风速的情况，对于风电机要避免进行集中连接，以免局部的谐波电压增加。可以采用不同的风机混合装置，然后对电力系统装配合理的谐波过滤装置，避免电网中的谐波影响，同时在产生谐波时适当地应用动态及静止无功补偿装置。

4.3 解决孤网问题

孤网主要是在大网失压的情况下出现，因此在新能源发电并入电网前，国家需要对电力调度进行合理的把控，严格审核电力调度，利用相关的手段进行控制。对于风力发电和光伏发电的系统，准入条件就是要必须具备功率预测功能。

4.4 统一并网标准

当前我国对于新能源的入网统一标准还不够全面，对于电力系统稳定性以及新能源并网发电会产生的电能质量影响均没有完全掌握。此外，对于电网的调度以及影响电网的因素都无法做出合理的解释。因此，必须要完善风力发电和光伏发电的相关设备，对于逆变器和控制器进行完善，加大技术方面的研究力度，尽快提出针对性的解决措施，然后统一并网标准。