李漢波

摘 要：目前，在時(shí)代與科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的同時(shí)，我國(guó)電力事業(yè)迎來(lái)了發(fā)展高峰期，這也使得人們對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量與安全也提出了更高的要求。而由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點(diǎn)，這導(dǎo)致新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在著不穩(wěn)定性、間斷性，不利于發(fā)電系統(tǒng)正常工作。因此，本文將對(duì)新能源發(fā)電并網(wǎng)給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)的影響進(jìn)行分析，希望可以為相關(guān)工作者的研究提供一些幫助。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）23-0160-02

進(jìn)入新時(shí)代后，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們?cè)谏钏教岣叩耐瑫r(shí)，對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求，而這也是我國(guó)電力行業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。雖然我國(guó)在電力事業(yè)中已經(jīng)運(yùn)用了新能源并網(wǎng)系統(tǒng)，但在各種因素的影響下，其還會(huì)給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)不良影響。

1 新能源發(fā)電并網(wǎng)給電壓帶來(lái)的影響

1.1 對(duì)饋線穩(wěn)態(tài)電壓的影響

在電力系統(tǒng)中，改變有載調(diào)壓變壓器的分接頭與投切電容器是調(diào)節(jié)電壓的主要設(shè)備[1]。如果新能源發(fā)電在接入電網(wǎng)后占據(jù)大比例，那么在發(fā)電功率波動(dòng)性的影響下，線路中的負(fù)荷潮流會(huì)發(fā)生較大變化，從而導(dǎo)致當(dāng)前調(diào)壓方案無(wú)法有效調(diào)節(jié)并網(wǎng)中的電壓。通過(guò)研究可知，若依照原有調(diào)壓方案對(duì)電壓進(jìn)行控制，會(huì)使用戶(hù)側(cè)的電壓水平下降，無(wú)法達(dá)到用戶(hù)用電標(biāo)準(zhǔn)。因此，必須在充分考慮實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，合理改正調(diào)壓方案，以此來(lái)有效調(diào)控新能源發(fā)電并網(wǎng)中的電壓。

對(duì)于電網(wǎng)和新能源發(fā)電站公共銜接點(diǎn)而言，其電壓穩(wěn)態(tài)狀況主要受到接入電網(wǎng)短路容量、輸電線路阻抗以及新能源發(fā)電穿透功率等因素的影響。以某地區(qū)50MW的風(fēng)電場(chǎng)公共銜接點(diǎn)電壓為例，通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)性對(duì)其影響的研究可以發(fā)現(xiàn)，在一定程度上，電網(wǎng)中電壓是由風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率進(jìn)行支撐。而這一輸出功率可以分為兩種類(lèi)型，即有功與無(wú)功，有功輸出與電壓支撐成正比；而無(wú)功輸出給電網(wǎng)帶來(lái)的影響主要是在0.5～1.0Mvar范圍中。

1.2 對(duì)電壓波動(dòng)、閃變的影響

相較于常規(guī)能源發(fā)電，新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性以及不可控制性等特點(diǎn)，這也就導(dǎo)致其在接入到并網(wǎng)后，會(huì)加大電量控制的難度。同時(shí)，這些不可控電量會(huì)將強(qiáng)烈電流沖擊帶給傳統(tǒng)電網(wǎng)，不但會(huì)使電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)、閃變以及頻率偏差等問(wèn)題，還會(huì)變更饋線潮流，在一定程度上增加電網(wǎng)不可控性與調(diào)峰容量余度。當(dāng)調(diào)峰容量小于一定范圍后，其會(huì)嚴(yán)重阻礙電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，必須在保證并網(wǎng)技術(shù)性能的同時(shí)，提高電網(wǎng)的電量接納能力，并增加其調(diào)峰容量。同時(shí)，在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)無(wú)功功率及有功功率調(diào)整功能發(fā)揮著重要作用，且并網(wǎng)中無(wú)功損耗問(wèn)題也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)，因此，必須保證發(fā)電系統(tǒng)具備無(wú)功補(bǔ)償功能。只有這樣，才能有效應(yīng)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的電壓?jiǎn)栴}，從而促進(jìn)電網(wǎng)高效運(yùn)作。

2 新能源發(fā)電并網(wǎng)給頻率帶來(lái)的影響

在新能源并網(wǎng)發(fā)電中，新能源發(fā)電機(jī)組具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)電容量占比超過(guò)一定范圍后，電網(wǎng)頻率會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，從而給電力系統(tǒng)及用戶(hù)帶來(lái)不良影響。可以把風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)給電網(wǎng)帶來(lái)的影響轉(zhuǎn)換成一種傳遞函數(shù)，而這一函數(shù)主要涉及到風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)與火電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化，并通過(guò)利用風(fēng)電功率波動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)頻率模型的建立，以模擬、運(yùn)算等流程獲得最終結(jié)論，即當(dāng)火電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)功率波動(dòng)處在0.01～1.0赫茲范圍內(nèi)，其會(huì)嚴(yán)重影響大電網(wǎng)。

在新能源發(fā)電站接入之后，為了對(duì)其給小電網(wǎng)頻率帶來(lái)影響進(jìn)行研究，可以通過(guò)火電廠單機(jī)等效模型的建立及電網(wǎng)頻率的變化數(shù)據(jù)對(duì)新能源發(fā)電并網(wǎng)給頻率帶來(lái)的影響進(jìn)行分析。以功率為1.5MW的新能源發(fā)電機(jī)組為例，假設(shè)頻率偏差在0.5赫茲以?xún)?nèi)，通過(guò)計(jì)算可知新能源發(fā)電機(jī)組在穿透率達(dá)到18%時(shí)，頻率偏差最接近限定范圍值。因此，為了實(shí)現(xiàn)新能源的大規(guī)模使用，在發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中必須仔細(xì)研究新能源發(fā)電的波動(dòng)性、間歇性特點(diǎn)，并有效結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃與發(fā)電功率預(yù)測(cè)，對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，為發(fā)電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行提供有力保障，以此來(lái)滿足人們生產(chǎn)、生活的需要[2]。

3 新能源發(fā)電并網(wǎng)給諧波帶來(lái)的影響

并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電站是新能源并網(wǎng)發(fā)電站的主要類(lèi)型，且電力電子裝置是發(fā)電系統(tǒng)中最常使用的設(shè)備。但其在具體的使用過(guò)程中還存在著許多問(wèn)題。并網(wǎng)光伏逆變器是通過(guò)脈寬調(diào)制進(jìn)行控制，同時(shí)，絕緣柵雙極型功率開(kāi)關(guān)是其突出的物理特點(diǎn)，就會(huì)使并網(wǎng)光伏發(fā)電站在運(yùn)行中出現(xiàn)電壓電流諧波，而在光照強(qiáng)度和照射角度變化等因素的影響下，如浮云陰影效應(yīng)、物體陰影效應(yīng)以及光照強(qiáng)度改變等，發(fā)電站的輸出功率會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)間歇性的變化，從而造成電網(wǎng)諧波污染。通過(guò)研究可知，電流諧波畸變率在凌晨、傍晚階段的變化較大，若中午出現(xiàn)較大云量，其也會(huì)有所上升。

并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)電網(wǎng)諧波的原因有兩方面：一方面是風(fēng)電場(chǎng)線路電抗與并聯(lián)補(bǔ)償電容器發(fā)生諧振，從而使得諧波產(chǎn)生，具體可以分為與變速兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)諧波。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是在軟啟動(dòng)階段通過(guò)電力電子裝置與電網(wǎng)的直接相連導(dǎo)致的諧波產(chǎn)生，而變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)則是利用逆變、整流裝置才能連接到電網(wǎng)系統(tǒng)中，在這種情況下，若電力電子裝置切換的頻率在諧波產(chǎn)生范圍內(nèi)，那么其就會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響；另一方面，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身的電力電子設(shè)備也會(huì)導(dǎo)致諧波產(chǎn)生。通過(guò)研究風(fēng)電場(chǎng)中全功率變頻的變速發(fā)電機(jī)組可知，電流諧波的大小主要受到該機(jī)組開(kāi)關(guān)頻率與調(diào)制方式的影響。定開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制通常是在開(kāi)關(guān)頻率或者是倍數(shù)情況下會(huì)導(dǎo)致諧波出現(xiàn)高峰數(shù)值，而變開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制則具有整次諧波頻帶及較寬間諧波。

在一定程度上，諧波電流還會(huì)給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害。諧波電流給新能源電網(wǎng)造成的畸形現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重降低電網(wǎng)中的電能質(zhì)量，并給電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中埋下了安全隱患，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致電力系統(tǒng)的整體癱瘓，不利于人們正常進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)與日常生活。因此，必須從兩方面入手，有效解決這一問(wèn)題。一方面，在風(fēng)電場(chǎng)中，應(yīng)該盡量接連種類(lèi)不同的風(fēng)電機(jī)，減少單一恒速風(fēng)電機(jī)或者是變速風(fēng)電機(jī)的密集接連，從而有效避免其給帶來(lái)較高的諧波電壓；另一方面，應(yīng)該將可以對(duì)諧波進(jìn)行過(guò)濾的相關(guān)裝置安裝在電力系統(tǒng)中，以此來(lái)降低新能源并網(wǎng)中的電網(wǎng)諧波。同時(shí)，還可以通過(guò)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置或者是靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的使用，有效減少電網(wǎng)的諧波含量[3]。

4 新能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)孤島狀況

在電網(wǎng)壓力逐漸減小的情況下，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等新能源并網(wǎng)不會(huì)停止對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行供電，其仍然會(huì)將電力供應(yīng)到部分失去壓力的電網(wǎng)中。這也就使得其會(huì)與本地負(fù)載連接有效結(jié)合，并達(dá)到新的供需相對(duì)平衡的一種狀態(tài)，從而為其獨(dú)立運(yùn)行提供有力保障，并導(dǎo)致了孤島現(xiàn)象的出現(xiàn)。在孤島狀況下，大電網(wǎng)無(wú)法有效調(diào)控相應(yīng)的頻率與電壓，而這些電壓、頻率也得不到大電網(wǎng)的支持。若負(fù)荷側(cè)負(fù)載或者是發(fā)電側(cè)輸出功率出現(xiàn)變動(dòng)，那么電網(wǎng)供需平衡就會(huì)被破壞，而電網(wǎng)中的頻率、電壓也就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)問(wèn)題。同時(shí)，在孤島情況下，如果電網(wǎng)提供的電量大于人們的實(shí)際需求，那么電網(wǎng)中頻率和電壓的波動(dòng)就會(huì)超出許可的安全范圍，會(huì)給電力設(shè)備的正常運(yùn)用帶來(lái)不良影響；如果電網(wǎng)提供的電量小于人們的實(shí)際需求，那么在負(fù)載容量中，情況變化可以鮮明呈現(xiàn)出來(lái)，一旦負(fù)載容量超出了其可承受的范圍，變運(yùn)器就會(huì)出現(xiàn)超速負(fù)荷問(wèn)題，從而使逆變器因溫度過(guò)高而發(fā)生起火問(wèn)題。在這一情況下，工作人員要想有效維修逆變器，就會(huì)面臨非常大的困難與危險(xiǎn)，嚴(yán)重的甚至?xí)＜暗阶约喝松戆踩?。在孤島現(xiàn)象出現(xiàn)后，線路系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)跳閘的問(wèn)題，即使是重新合上電路電閘，電閘也無(wú)法發(fā)揮相應(yīng)作用。由此看來(lái)，新能源發(fā)電并網(wǎng)導(dǎo)致的孤島問(wèn)題，不但會(huì)危害電力系統(tǒng)，還嚴(yán)重威脅著人民群眾人身、財(cái)產(chǎn)安全。因此，在將新能源接入電網(wǎng)之前，工作人員必須嚴(yán)格檢查并考核電力調(diào)節(jié)，保證風(fēng)力與光伏等新能源發(fā)電系統(tǒng)具備對(duì)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)的功能。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的正常、平穩(wěn)運(yùn)行。

5 新能源發(fā)電并網(wǎng)缺乏成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點(diǎn)，這也就使得我國(guó)目前還沒(méi)有形成統(tǒng)一的新能源發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的影響下，當(dāng)前我國(guó)只能對(duì)部分大、中型的新能源并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。同時(shí)，我國(guó)檢測(cè)新能源并網(wǎng)的技術(shù)也缺乏統(tǒng)一性，其中還存在著大量問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙著新能源發(fā)電并網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，必須對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的認(rèn)證與檢測(cè)工作進(jìn)行完善。

目前，在對(duì)新能源發(fā)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)中的、電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行以及穩(wěn)定性等方面帶來(lái)影響的研究中，我國(guó)并沒(méi)有專(zhuān)業(yè)性的探討，而對(duì)于電網(wǎng)接納能力等技術(shù)性問(wèn)題，也沒(méi)有得出相關(guān)結(jié)論。同時(shí)，在對(duì)有功控制能力、無(wú)功控制能力、低電壓穿越能力以及接入系統(tǒng)電能質(zhì)量等內(nèi)容進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)方法也存在問(wèn)題，缺乏對(duì)、雙向計(jì)量設(shè)備、逆變器、系統(tǒng)安全運(yùn)行以及控制器等方面的有效測(cè)試。而大、中型新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)在廣泛使用下，會(huì)對(duì)相關(guān)政策措施、電網(wǎng)的接納能力以及電量調(diào)度運(yùn)行提出更高的要求。因此，我國(guó)加大科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展力度，盡快建立其科學(xué)、統(tǒng)一的新能源發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)電力系統(tǒng)檢測(cè)工作進(jìn)行完善，使其滿足人們的實(shí)際需求，從而為其安全、高效運(yùn)行提供有力保障[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)雖然能夠滿足人們用電需求，但由于受到技術(shù)水平的限制，其會(huì)給電網(wǎng)電壓、頻率以及諧波等帶來(lái)不良影響，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。因此，相關(guān)部門(mén)必須加大技術(shù)研究力度，并結(jié)合實(shí)際情況，建立起科學(xué)、統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從而促進(jìn)電力企業(yè)更好更快的發(fā)展。

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