趙丹陽

（山西省安裝集團(tuán)股份有限公司，山西 太原 030032）

1 新能源發(fā)電技術(shù)概述

1.1 太陽能發(fā)電技術(shù)

光伏發(fā)電技術(shù)主要就是利用太陽能電池將太陽光直接轉(zhuǎn)化為電能，目前主要采用硅基太陽能電池、薄膜太陽能電池和新型高效染料敏化太陽能電池等。光伏發(fā)電設(shè)施可以安裝在屋頂、地面或太陽能光伏跟蹤系統(tǒng)上，以獲取更多的太陽能。太陽能熱發(fā)電技術(shù)則通過聚光器將太陽光聚焦于熱交換器，進(jìn)而通過熱機(jī)循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)化為電能[1]。太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要包括槽式太陽能熱發(fā)電、塔式太陽能熱發(fā)電和菱鏡式太陽能熱發(fā)電等。這些技術(shù)均具有較高的熱電轉(zhuǎn)換效率和較低的環(huán)境影響。

1.2 風(fēng)能發(fā)電技術(shù)

風(fēng)能發(fā)電技術(shù)是利用風(fēng)力驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能的技術(shù)。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，可分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與地面水平，風(fēng)輪面向風(fēng)向，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與地面垂直，不論風(fēng)向如何變化，都能有效地捕捉風(fēng)能，但能量轉(zhuǎn)換效率相對較低[2]。風(fēng)能發(fā)電項目可以分布式布局或集中建設(shè)為風(fēng)電場，以提高能源利用率。

1.3 陸地和海洋潮汐能發(fā)電技術(shù)

潮汐能發(fā)電技術(shù)是利用潮汐能驅(qū)動發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生電能的技術(shù)。根據(jù)發(fā)電設(shè)備的安裝位置，潮汐能發(fā)電技術(shù)可分為陸地潮汐能發(fā)電和海洋潮汐能發(fā)電。陸地潮汐能發(fā)電主要利用潮汐造成的水位差驅(qū)動水輪機(jī)發(fā)電；海洋潮汐能發(fā)電則通過潮流渦輪發(fā)電機(jī)直接利用海洋潮流產(chǎn)生電能[3]。

1.4 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)是通過燃燒生物質(zhì)資源（如農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、廢棄植物等）產(chǎn)生熱能，并將熱能轉(zhuǎn)化為電能的過程。生物質(zhì)能發(fā)電具有可再生、清潔和低排放的優(yōu)點，有助于減少化石能源的消耗和環(huán)境污染。

1.5 地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)

地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)是利用地下高溫?zé)崃黧w（如地?zé)崴?、蒸汽）產(chǎn)生的熱能來驅(qū)動發(fā)電機(jī)組發(fā)電的過程。地?zé)崮馨l(fā)電具有資源豐富、可持續(xù)利用、污染低等優(yōu)點，能為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的能源供應(yīng)[4]。

2 新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

2.1 并網(wǎng)接入技術(shù)

技術(shù)要點如下：①接入點選擇。新能源發(fā)電項目的接入點選擇應(yīng)考慮資源分布、輸電線路、用戶負(fù)荷和電網(wǎng)條件等因素，以確保發(fā)電效益最大化和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。②接入電壓等級接入。電壓等級的選擇應(yīng)根據(jù)發(fā)電規(guī)模、接入距離和電網(wǎng)負(fù)荷特點等因素綜合考慮。一般而言，發(fā)電規(guī)模越大、接入距離越遠(yuǎn)，接入電壓等級應(yīng)越高。③并網(wǎng)設(shè)備及保護(hù)配置。新能源發(fā)電并網(wǎng)需要配置適當(dāng)?shù)淖儔浩?、斷路器、保護(hù)裝置等設(shè)備，以確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。同時，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點選擇合適的保護(hù)方案。

2.2 穩(wěn)定性和可靠性分析

首先，系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。新能源發(fā)電并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到很大影響。需要對系統(tǒng)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定等方面的分析，以評估新能源發(fā)電對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。其次，保護(hù)和自動裝置對系統(tǒng)可靠性的影響。新能源發(fā)電并網(wǎng)后，保護(hù)和自動裝置的配置和設(shè)置對系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)特點選擇合適的保護(hù)裝置和自動裝置，以確保系統(tǒng)在故障情況下能夠快速切除故障、恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成的影響

3.1 對電網(wǎng)諧波造成的影響

新能源發(fā)電在實際運(yùn)行中會受到自身因素與外界因素影響，導(dǎo)致電網(wǎng)容易出現(xiàn)諧波，對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成影響。通過并網(wǎng)光伏發(fā)電特征可以發(fā)現(xiàn)，光照的強(qiáng)度以及陰影的變化和浮云陰影等方面問題都會讓發(fā)電功率出現(xiàn)變化，導(dǎo)致諧波污染與電壓波動。除此之外，新能源在發(fā)電中，因為發(fā)電機(jī)組本身原因，也會出現(xiàn)一定諧波畸變。而為有效將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，在光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中會大量應(yīng)用電子換流器，電子換流器的應(yīng)用也會出現(xiàn)電流諧波畸變。最重要的是上述諧波電流波形存在不穩(wěn)定性，電容器與電抗器自身諧振規(guī)律也會導(dǎo)致其畸變程度更加嚴(yán)重。并且風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在應(yīng)用中也有使用電抗器與電容器，兩者在互相作用下會出現(xiàn)諧波畸變。上述原因都是致使諧波電流電壓出現(xiàn)畸變的原因，對電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。

3.2 對電網(wǎng)頻率的影響

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在實際運(yùn)行中很少會出現(xiàn)頻率異常問題，結(jié)合有關(guān)并網(wǎng)光伏頻率變化數(shù)據(jù)能夠了解，在光伏發(fā)電站的容量比較小的時候，能夠利用多臺機(jī)組投切，確保電網(wǎng)頻率不會出現(xiàn)被限制情況。但新能源發(fā)電站實際發(fā)電容量在電網(wǎng)總量中占據(jù)比例不斷提升，因為現(xiàn)代新能源發(fā)電存在一定隨機(jī)性，很可能致使整體電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率出現(xiàn)波動，從而對用戶用電以及整體電力系統(tǒng)良好運(yùn)行造成負(fù)面影響。結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建風(fēng)電功率波動對于整體電力系統(tǒng)頻率影響的評估模型，發(fā)現(xiàn)0.01~1.0Hz 功率波動對于整體電網(wǎng)系統(tǒng)造成影響最大。

3.3 對穩(wěn)壓系統(tǒng)的影響

和傳統(tǒng)火力發(fā)電不同，新能源在發(fā)電中更容易受外界因素影響。并且新能源會被各種條件制約，致使輸出電壓產(chǎn)生的變化范圍擴(kuò)大，對于新能源并網(wǎng)后會產(chǎn)生一定的影響。同時，輸出功率變化，對于新能源容量調(diào)節(jié)也會產(chǎn)生很大的影響，對于電網(wǎng)的運(yùn)行會產(chǎn)生較大的干擾。當(dāng)新能源并網(wǎng)之后，不夠科學(xué)的調(diào)壓方式會造成很多隱患，較為常見的問題有降低輸出電壓值，讓電能質(zhì)量下降，從而對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行造成不良影響。

3.4 對電壓的影響

光伏發(fā)電主要是通過太陽輻射產(chǎn)生的光能與熱能進(jìn)行發(fā)電，所以在實際發(fā)電中容易被光照與溫度等方面因素影響。并且在不同時間與不同地點，因為光照與溫度不同，也會讓發(fā)電功率出現(xiàn)明顯變化，導(dǎo)致電壓出現(xiàn)改變。而風(fēng)力發(fā)電主要是通過風(fēng)力機(jī)組把風(fēng)流動產(chǎn)生動能轉(zhuǎn)變成電能，容易被風(fēng)力條件影響。為減低該方面影響，通常會把風(fēng)電發(fā)電廠的位置設(shè)置在風(fēng)速比較大同時較為穩(wěn)定的地方。電壓會出現(xiàn)變動與閃變的關(guān)鍵原因是受到輸出功率影響。新能源在電力系統(tǒng)中機(jī)組的啟動與停止在運(yùn)行中都會出現(xiàn)波動，這時電網(wǎng)也比較容易出現(xiàn)閃變與波動。之所以會出現(xiàn)這種情況，和電網(wǎng)短路容量比存在一定關(guān)系，所以應(yīng)選擇使用適合的線路阻抗比，同時利用電能質(zhì)量控制器降低新能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)造成的沖擊。

3.5 孤網(wǎng)問題

當(dāng)大電網(wǎng)在運(yùn)行中出現(xiàn)失壓情況時，并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電依舊持續(xù)發(fā)電，并且和本地負(fù)載連接，從而構(gòu)成了一個全新的平衡網(wǎng)，而這就是孤網(wǎng)。這個時候大電網(wǎng)就不能對孤網(wǎng)電壓和頻率進(jìn)行控制。孤網(wǎng)不受大電網(wǎng)控制，若是受電位置出現(xiàn)變化，或是其輸出功率產(chǎn)生變化，都會讓孤網(wǎng)崩潰，從而致使孤網(wǎng)電壓與頻率產(chǎn)生變化。若是產(chǎn)生變化保持在可控范疇內(nèi)，那么造成影響與危害就還能夠控制，但若是超出可控范疇，就會導(dǎo)致電路被破壞，甚至?xí)屨麄€裝置運(yùn)行受到影響與破壞。逆變器在供電不足狀況下，就會出現(xiàn)過載情況，使逆變器被破壞。

3.6 電網(wǎng)電能質(zhì)量下降

產(chǎn)生的危害電網(wǎng)電能質(zhì)量會涉及很多方面內(nèi)容，其中比較有代表性的問題就是電壓跌落現(xiàn)象。一般企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中，短暫電壓跌落不會出現(xiàn)嚴(yán)重危害，但對于現(xiàn)代社會發(fā)展中出現(xiàn)的新興電子產(chǎn)業(yè)而言，不同設(shè)備設(shè)施對于電壓跌落問題敏感性不同，有些較為精密的設(shè)備設(shè)施則對電網(wǎng)電壓跌落非常敏感[5]。而該類型設(shè)備一般是在開展大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營活動時才會使用，所以即使是短暫電壓跌落也會造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

4 新能源發(fā)電并網(wǎng)的電網(wǎng)電能質(zhì)量控制措施

4.1 協(xié)調(diào)儲能技術(shù)與新能源

首先，針對儲能技術(shù)與新能源的控制問題，可以采用協(xié)同控制和分布式控制相結(jié)合的控制方式，將傳統(tǒng)發(fā)電單元、儲能單元和間歇性新能源有機(jī)結(jié)合，研究基于風(fēng)險約束的大范圍協(xié)同調(diào)度方法。其次，針對新能源發(fā)電并網(wǎng)，可以將儲能技術(shù)用于大型新能源發(fā)電并網(wǎng)，以優(yōu)化風(fēng)電、光電爬坡速率，符合新能源發(fā)電并網(wǎng)中風(fēng)電、光電有功變化的要求?？紤]到在未來風(fēng)電、光電的功率波動對充電、放電行為的影響，可以采用超前控制的方法，對于控制風(fēng)電、光電功率的短期波動有較好的作用。也可以利用電池—超級電容器構(gòu)成儲能系統(tǒng)，以降低新能源發(fā)電在不同時段的出力波動。由于經(jīng)濟(jì)性和實用性等原因，儲能技術(shù)尚未在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，但為新能源發(fā)電并網(wǎng)提供了一種新思路。

4.2 優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度

對于現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展而言，新能源并網(wǎng)是一項非常關(guān)鍵的措施，也是優(yōu)化電力系統(tǒng)的重要方式。但原本的電力系統(tǒng)會因為新能源并網(wǎng)而對電能質(zhì)量造成一定影響。為降低該種影響，有關(guān)單位需要根據(jù)新能源并網(wǎng)時現(xiàn)代電力系統(tǒng)實際運(yùn)行狀況，強(qiáng)化對電網(wǎng)調(diào)度方面的控制，特別要加強(qiáng)對并網(wǎng)流程的管理，確保實際運(yùn)行中電網(wǎng)調(diào)度具有系統(tǒng)性，提升現(xiàn)代新能源發(fā)電作用與效益。在當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)動控制和管理工作中，有關(guān)單位和工作人員沒有應(yīng)在保證所有電力設(shè)備設(shè)施保持良好運(yùn)行情況下，讓各類型設(shè)備設(shè)施都能在電力系統(tǒng)中充分發(fā)揮自身價值與作用?，F(xiàn)代新能源并網(wǎng)中，電力系統(tǒng)對于電網(wǎng)調(diào)度管理和控制方面，相關(guān)電力企業(yè)逐漸大面積應(yīng)用聯(lián)絡(luò)線頻率偏差掌握技術(shù)，這種技術(shù)的使用，有效提高了新能源并網(wǎng)之后整體電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

4.3 控制無功電壓

在無功電壓控制中，大型間歇性新能源發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)遵守分區(qū)、分層和就地平衡的原則，根據(jù)無功設(shè)備以及光伏逆變器、風(fēng)電機(jī)組的特點，對各類無功設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，并充分根據(jù)各類無功設(shè)備性能上的差別，對整個區(qū)域所有節(jié)點的電壓進(jìn)行控制，維持電壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)，以確保區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)電壓安全。通過對無功電壓控制的研究，可以總結(jié)得到如下要點。

（1）無功電壓管理和控制和功率計算間有著十分密切的關(guān)系，有關(guān)工作者應(yīng)根據(jù)兩者間存在的關(guān)系，選擇相應(yīng)無功設(shè)施的內(nèi)部響應(yīng)機(jī)制，最大限度發(fā)揮靜態(tài)和大容量調(diào)換設(shè)置作用，科學(xué)管理間歇性新能源場包含的無功電壓，也可以利用小幅波動動態(tài)裝置，提高新能源并網(wǎng)后的現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性以及可電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)與應(yīng)用可靠性和穩(wěn)定性。

（2）采用新能源發(fā)電系統(tǒng)的無功電壓調(diào)控模式，以新能源發(fā)電系統(tǒng)集合體的升壓站為電壓調(diào)控樞紐，由新能源發(fā)電系統(tǒng)的升壓變壓器對電壓進(jìn)行控制，使全范圍內(nèi)電壓保持穩(wěn)定。

4.4 加大新能源發(fā)電研發(fā)及規(guī)劃

為了提高新能源發(fā)電的效率和降低成本，政府和企業(yè)應(yīng)加大對新能源發(fā)電技術(shù)研究的投入，尤其是光伏、風(fēng)能、潮汐能等清潔能源技術(shù)的研究。此外，還應(yīng)關(guān)注能源存儲技術(shù)的研究，以應(yīng)對新能源發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性問題。在電力系統(tǒng)規(guī)劃中，應(yīng)充分考慮新能源發(fā)電的特點和潛力，優(yōu)化電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比重。同時，應(yīng)加強(qiáng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升電網(wǎng)承載新能源發(fā)電的能力。通過市場化改革，激發(fā)新能源發(fā)電的投資積極性，促進(jìn)新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。政府應(yīng)逐步消除化石能源補(bǔ)貼，推行碳排放交易制度，為新能源發(fā)電創(chuàng)造一個公平競爭的市場環(huán)境。

4.5 強(qiáng)化電能質(zhì)量控制，完善有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)代新能源并網(wǎng)，會對電力系統(tǒng)運(yùn)行造成很大影響，其中存在很多干擾因素，導(dǎo)致電力系統(tǒng)電能質(zhì)量大大降低。所以有關(guān)工作者在平時工作中，應(yīng)加強(qiáng)對有關(guān)干擾因素的研究與分析，并在新能源并網(wǎng)時，對相關(guān)干擾因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證電力系統(tǒng)可以得到充分的管理和控制。簡而言之，完善新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以從如下方面著手進(jìn)行。首先，控制電壓閃變和波動，應(yīng)根據(jù)電能質(zhì)量有關(guān)要求，在相應(yīng)電力系統(tǒng)中配設(shè)電力濾波設(shè)備設(shè)施和裝置，通過有感設(shè)備應(yīng)用，促使并網(wǎng)系統(tǒng)可以引發(fā)一定程度的電壓浮動，利用電力系統(tǒng)中動態(tài)電壓恢復(fù)裝置，讓電網(wǎng)系統(tǒng)可以保持良好運(yùn)行狀態(tài)。其次，在控制諧波方面，能夠通過使用靜止無功補(bǔ)償設(shè)備實現(xiàn)對諧波的控制。

5 結(jié)語

雖然各類新能源的并網(wǎng)會為人們帶來一定的好處和便利，也實現(xiàn)替代傳統(tǒng)以煤炭資源、水資源發(fā)電的模式，解決我國能源短缺和傳統(tǒng)能源使用帶來的環(huán)境污染問題。但是，在各類新能源的并網(wǎng)中，會出現(xiàn)電能質(zhì)量欠佳、電壓不穩(wěn)的情況，使得新能源發(fā)電無法維持正常供電。新能源發(fā)電并網(wǎng)是新時代下，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要方法和措施，因此，在未來的發(fā)展中，這項技術(shù)還有值得探索并優(yōu)化的價值和意義。