淺談新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質量的影響及解決方案

安科瑞 陳聰

摘要：分析新能源發(fā)電趨勢，從電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)諧波等方面出發(fā)，闡述新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質量的影響，電網(wǎng)電能質量下降的危害及其處理措施。

關鍵詞：新能源發(fā)電；并網(wǎng)；電能質量

0引言

當前，社會經(jīng)濟發(fā)展對能源資源需求不斷增加，為減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，在新能源研究推廣方面投入了大量資金，并取得了一定的成效。目前，我國新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴大，由此也暴露了一些問題，如新能源發(fā)電并網(wǎng)占比增大后，電網(wǎng)運行穩(wěn)定性受到影響，電能質量下降，如何解決此類問題直接關系到新能源發(fā)電技術的未來進一步推廣運用。

1新能源的發(fā)電狀況

1. 根據(jù)新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國新能源發(fā)電一直保持平穩(wěn)增長，截至2019年年底，我國新能源發(fā)電裝機容量4.1×108kW。預計2030年、2050年我國新能源裝機將分別達到1.15×109kW、2.80×109kW，占全國電源總裝機的比重提升至40%、53%。2019年我國三北地區(qū)（華北、東北、西北）風電裝機容量1.27×108kW；8個省級電力公司經(jīng)營區(qū)風電裝機均超過1×107kW，依次為新疆、冀北、甘肅、山東、山西、寧夏、蒙東、江蘇。三北地區(qū)太陽能發(fā)電累計裝機容量為1.03×108kW；8個省（自治區(qū)）太陽能發(fā)電裝機超過1×107kW，依次為山東、江蘇、浙江、安徽、青海、河南、新疆、山西。

2. 近些年，我國新能源消納水平不斷提高，但是新能源發(fā)電并網(wǎng)也存在一些問題需要解決，如：新能源發(fā)電出力不穩(wěn)、隨機波動，給電網(wǎng)規(guī)劃建設、運行管理帶來了巨大的壓力。結合實踐分析可知，新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質量必將差生巨大影響，對此必須加強相關研究，提出可靠的處理方案，在不斷提高新能源發(fā)電利用率的同事，保證電網(wǎng)穩(wěn)定、可靠運行。

2 新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質量的影響

2.1對電網(wǎng)電壓的影響

1. 饋線穩(wěn)態(tài)電壓。當前我國電力系統(tǒng)主要是采用投切電容器、改變有載調壓變壓器分接頭的方式實現(xiàn)調壓。新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模增大后，其功率波動性影響變大，造成整個電網(wǎng)電壓調節(jié)難度增大，原有調壓方案往往無法滿足電網(wǎng)實際運行要求。如圖1所示即為新能源發(fā)電并網(wǎng)前后饋線電壓的變化情況，由圖分析可知，并網(wǎng)后饋線后端節(jié)點的電壓將越限，對此必須要根據(jù)并網(wǎng)情況合理改進調壓方案。

（2）電壓波動、閃變。新能源電站輸出功率波動，是影響電壓波動、閃變的直接因素。如風速變化影響風電場輸出功率，需根據(jù)實際情況合理選用變速風電機組、恒速風電機組，減小電壓瞬變；光照強度、溫度波動變化，也會導致電站輸出功率出現(xiàn)變化。當新能源發(fā)電并網(wǎng)的電網(wǎng)短路容量大，則表明區(qū)域電網(wǎng)堅強，相應的并網(wǎng)后引發(fā)的電壓波動、閃變均較小，若是電網(wǎng)較為薄弱，必須合理規(guī)劃并網(wǎng)點、電壓等級。

圖1新能源發(fā)電并網(wǎng)前后饋線電壓

2.2對電網(wǎng)頻率的影響

如圖2所示，當新能源在電網(wǎng)中占比較小時，對電網(wǎng)頻率影響較小，而隨著新能源發(fā)電量在電網(wǎng)占比的增大，容易造成電網(wǎng)內(nèi)頻率波動，直接影響電能質量。對此，必須加強新能源發(fā)電出力波動性、間歇性分析，將電網(wǎng)運行調度與新能源發(fā)電電功率預測相結合。

圖2新能源發(fā)電穿透功率較小時電網(wǎng)頻率變化

2.3對電網(wǎng)諧波的影響

我國新能源并網(wǎng)主要以光伏發(fā)電站、風電場為主，其在諧波方面的影響如下：（1）并網(wǎng)光伏電站運行時，光照變化會導致光伏電站輸出功率出現(xiàn)波動間歇變化、引發(fā)諧波污染。（2）風電場并網(wǎng)諧波主要來源機組電力電子裝置、風電場并聯(lián)補償電容器與線路電抗諧振作用。

3電網(wǎng)電能質量下降的危害與處理措施

大量新能源發(fā)電并網(wǎng)極易導致電網(wǎng)電能質量下降，采取合理的處理措施具有重要意義，為我國新能源電力發(fā)展奠定堅實的基礎。

3.1電網(wǎng)電能質量下降的危害

電網(wǎng)電能質量下降的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）電壓暫降、偏差：電網(wǎng)運行中電壓暫降、偏差情況的出現(xiàn)，極易導致一些設備無法正常運行，如：自動化控制裝置誤動、系統(tǒng)失靈等，甚至出現(xiàn)長時間無法正常工作的情況，引發(fā)嚴重的后果。（2）電壓波動、閃變：常見問題有燈光閃爍、電視機亮度頻繁變化、生產(chǎn)線無法正常工作等。（3）諧波：諧波污染對電網(wǎng)的危害大，包括：電力線路附加損耗、諧波影響設備運行、電容器組諧振、自動裝置與繼電保護誤動。

3.2電能質量的處理措施

針對上述問題可知，新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質量的影響較大，為保證我國新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，必須要采取以下處理措施：（1）安裝電能質量調節(jié)裝置。在電網(wǎng)運行中，改善電能質量常見的方法就是安裝動態(tài)無功補償裝置，快速調節(jié)無功功率，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。動態(tài)無功補償器的主要安裝位置為新能源出口低壓側，根據(jù)接入點電壓偏差量控制所補償?shù)臒o功，穩(wěn)定接入點電壓。針對新能源并網(wǎng)導致的諧波問題，可安裝多脈沖換流器、電力濾波器，有效吸收諧波電流，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行。其中，光伏電站并網(wǎng)，可采用多功能逆變器，使得光伏電站逆變器兼具濾波功能；風力發(fā)電場，可在諧波水平較高母線上安裝靜止無功補償器，綜合濾除諧波。（2）采用超級電容器改善電能質量。超級電容器作為一種儲能裝置，可有效控制電網(wǎng)有功、無功功率，改善電網(wǎng)電能質量。從超級電容器自身性能分析來看，其功率密度高、充電速度快，可有效解決瞬時停電、電壓暫降/驟升等問題，平滑電壓波動。

此外，為應對未來新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴大，應從電網(wǎng)結構入手，通過改善電網(wǎng)結構、合理選用線路電抗/電阻之比，有效抑制并網(wǎng)引發(fā)的電壓波動、閃變問題；同時新能源技術方面，還需不斷革新，切實減少機組啟停次數(shù)、減小輸出功率變化情況，切實保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4安科瑞產(chǎn)品選型

5結束語

新能源發(fā)電技術具有清潔、可再生的特點，但是其并網(wǎng)后對電網(wǎng)電能質量存在較大的不利影響，輕則導致供電質量下降，重則直接導致相關生產(chǎn)工作無法正常開啟。對此，必須要明確新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓、頻率、諧波等方面的影響情況，并采取針對性處理措施，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

參考文獻

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