新能源并网发电对电网电能质量的影响分析

肖予普

摘 要：随着时代与科学技术的进步，风能、太阳能等新能源在电力行业也得到了广泛应用，但由于新能源分布的范围广而且分布的不均匀，导致了并网发电系统在运行过程中存在着间断性与不稳定性，不利于发电系统的正常、安全运行。本文将对新能源并网发电对电网电能质量带来的一些影响进行详细地阐述。

关键词：新能源；并网发电；电网电能质量

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）16-0155-02

在社会经济的飞速发展下，人们的生活水平得到了一定程度上的提高，因此，对于电量的使用也有了新的要求，这也是我国电力行业要面临的一个挑战。虽然我国已经将新能源并网系统运用到电力事业中，但其在实际使用中还存在着一些问题，特别是对电能质量有着一些影响。

1 新能源并网发电影响电网电压

1.1 新能源并网发电对馈线稳态电压的影响

在电力系统中，配置的动态无功调节设备不多，通常是使用改变有载调压变压器的分接头和投切电容器来对电压进行调节。新能源并网发电系统的使用，会导致新能源发电在电网中占据比较大的比例，并且由于其发电功率所具有的波动性，会使得线路中的负荷潮流发生较大的变化，从而不能很好地进行控制、调整电网正常运行中的电压，最终导致现有的调压方案无法对新能源并网中的电压起到应有的作用。通过对实际数据的研究可以得出，如果按照原本的调压方案来控制新能源并网中的电压，就会降低用户使用的侧电压水平，无法满足人们对电力使用的要求。因此，要根据实际情况，积极改进调压方案，使其对新能源并网中的电压发挥出调控作用。

新能源发电穿透功率、输电线路阻抗以及接入电网短路容量共同决定着电网与新能源发电站公共衔接点的电压稳态状况。通过对某一地区50MW风电场公共衔接点电压在风电场输出功率波动性影响下得出的数据进行研究，可以看出风电场输出的功率在一定程度上支撑着电网中的电压。风电场输出的功率可以分为有功和无功，有功输出越多，电压支撑的就越强；而无功输出对电网的影响基本控制在0.5～1.0Mvar范围内[1]。

1.2 新能源并網发电对电网电压波动与闪变的影响

风力发电是将风能转变成电能的一种发电形式，但在与水电、火电等传统的常规能源比较下，其发电能力会受到风力的强弱、大小甚至是方向的影响，因此，其具有波动性的特点，同时，由于人们基本上不能对风力进行有效地控制，所以它还具有随机性和不可控制性等鲜明特征。

当这种具有波动性与间接性的风力发电与光伏发电并入到电网之中，对其电量的控制就会变得非常困难。同时，这些不稳定的、难以控制的电量一旦并入到电网中，就会对传统电网带来强大的电流冲击，从而导致电网波动、电网频率偏差以及电网闪变等现象的出现，并会引起馈线中潮流出现变更，对无功特性以及稳态电压分布造成一定的影响，加大电网的调峰容量余度和不可控制性。若是电网中的调峰容量较小，就会对电力系统的平稳、安全运行造成严重的阻碍。以风电场为例，如果风电机组的低电压穿越能力很差或者说是根本没有这种能力，那么当风电场的并网电压降低到一定程度时，电网很容易发生瞬间故障的状况，使得电网无法继续运行，会给人们的生活带来许多麻烦。接入点电网的短路容量、电压等级、电源类型、联网设备质量与控制方式以及并网容量等因素都会对电压带来一定的问题。因此，在保证新能源并网中光伏发电与风力发电系统均具有并网技术性能的基础上，新能源并网系统中的电网必须具有电量接纳能力以及充足的调峰容量。在新能源发电系统中，最重要的就是动态无功功率调整以及有功功率调整功能，同时，光伏电站与风电场的并网中也经常会出现无功损耗的问题，因此，新能源并网中的发电系统还需要具备无功补偿功能。只有具备这些功能，才能有效地应对并网运行中电压方面出现的问题，从而促进电网稳定、高效的进行工作。

2 新能源并网发电影响电网频率

电网频率出现异常的状况在电力系统运行中是基本不会发生的，比如在具有较小容量的光伏发电站中即便是多台发电机组共同投切时，电网频率也不会超出规定的限度。但在新能源发电站的并网发电中，当电力系统发电容量在电网中总的发电量所占有的比例不断扩大后，由于新能源发电机组具有着比较大的随机性，电网内的频率可能会出现一定的波动，从而对电力系统本身还有用户都会造成严重的影响。将风电场功率波动对电网的影响转换成火电机组转速变化和风电场的输出功率波动的一种传递函数，并建立起风电功率波动对系统频率进行评估的一个模型，通过模拟、运算，从而得出火电机组自动发电系统在0.01～1.0赫兹区间内的功率波动，会对大电网产生非常大的影响。

为了研究新能源发电站接入后对小电网频率产生的影响，可以建立一个火电厂单机等效的模型，并利用在风电场中实际测量出来的功率数据对具有不同穿透功率下的电网频率变化数据进行分析。以每台1.5MW新能源发电机组功率为例，假设电网频率偏差是在0.5赫兹的范围内，可以计算出频率偏差会在新能源发电机组具有18%的穿透率时最接近限定的范围值。因此，在新能源并网发电系统的运行中，为了有效地应对电网中大规模新能源的使用，必须要对新能源发电的间歇性与波动性进行详尽的研究，把对新能源发电功率的预测和对电网运行的调度计划结合在一起，严格监控电网的频率，以保障新能源发电系统的平稳运行，从而满足人们的生产生活需要[2]。

3 新能源并网发电影响电网谐波

新能源并网发电站主要有并网风电场与并网光伏发电站两种，在光伏发电系统与风力发电系统中，使用最广泛的就是电力电子装置。但在使用这种装置的过程中，会有许多问题的出现。并网光伏逆变器本身是采取脉宽调制的控制方法，同时，它具有绝缘栅双极型功率开关的物理特点，这就会导致电压电流谐波在并网光伏发电站的运行过程中产生，并且由于光照强度以及照射的角度发生变化，如浮云的阴影效应、自然光照的强度改变以及物体的阴影效应等，都会导致光伏发电站输出功率的波动间歇发生变化，从而造成电网谐波的污染。通过研究并网光伏发电站的数据，可以发现凌晨与傍晚的电流谐波畸变率较以往大，若是中午云量比较大的话，电流谐波畸变率也会有所上升。

造成并网风电场中的电网谐波出现的原因主要有以下两方面：一是风电场的并联补偿电容器和线路电抗发生谐振而导致谐波产生，可以分为恒速风力发电机谐波与变速风力发电机谐波，恒速风力发电机是要通过电力电子装置在软启动阶段与电网进行直接的相连从而导致谐波的产生，而变速风力发电机是要依靠逆变和整流装置才能与电网系统相接，并且若是电力电子装置切换的频率刚好在会产生谐波的范畴里的话，产生的谐波会造成非常严重的影响；二是风力发电机组自身所具有的电子设备会造成谐波出现。通过对风电场中全功率变频的变速发电机组进行研究，可以看出其调制的方式与开关的频率是影响电流谐波大小的关键因素。定开关频率调制一般是在开关频率或者是开关频率的倍数前后会出现谐波的高峰数值，但变开关频率的调制是有着比较宽的间谐波与整次的谐波频带[3]。

4 新能源并网发电导致孤岛状况出现

在电网压力减小后，并网风力发电与光伏发电并不会停止向电网供电，还是会为一些失去压力的电网继续供电。这样就需要互相之间将本地负载连接结合在一起，使其达到一个新的供与需相对平衡的状态，以保障其可以独立地运行，因此，孤岛现象也就出现了。在孤岛情况下，电网中的电压与频率并不受大电网的调控，无法获得大电网的支持，若是发电侧输出功率或者是负荷侧负载发生了变化，那么就会对电网的供需平衡造成一定的影响，从而导致电网中的电压与频率经常出现一些波动的状况。在孤岛状况中，若是供电大于人们的需求，那么电压与频率的波动空间就会超出电网的安全范围，会严重的影响到相关设备的安全运用；若是供电小于人们的需求，那么情况的变化就会在负载容量中表现出来，当容量超出了一定的可承受范围时，变运器中就会出现超速负荷的状况，就会使得逆变器中产生了过高的温度，从而导致了起火状况的发生。这种情况下，工作人员在对逆变器进行维修时需要面临很大的威胁，甚至会危及他们的人身安全。在孤岛现象中，自动跳闸的情况基本上是在线路系统中出现，所以，即使是将电路的电闸重新合上，它也不会起到任何的作用。因此，新能源并网发电带来的孤岛现象，不仅会对电力系统造成危害，还会威胁着广大人民群众的安全。所以，在将新能源与电网合并之前，必须对电力的调节进行严格的检查、考核，并且使光伏發电系统与风力发电系统都具有预测功率的功能，这样才能保证电力系统的平稳、安全运行。

5 新能源并网发电并没有形成统一标准

新能源的分布范围比较广，而且分布的并不均匀，这也就使得我国暂时还没有一个相对统一的新能源并网发电标准。依据我国现有的科学技术发展水平，只能统一部分大中型新能源并网系统中的技术标准，同时，新能源并网检测的技术也并不统一，其中还存在着一些问题需要解决。因此，需要进一步加强与完善系统的检测与认证。

实际上，我国目前对于大中型新能源并网发电对电力系统的电能质量、运行、电网调度、稳定性与安全性等方面的影响并没有专业性的探讨，对于一些技术性的问题，包括电网接纳能力等，也没有相关的结论。同时，在接入系统的电能质量、低电压穿越能力和有功或者是无功的控制能力等方面的检测中，检测的方法也存在着一定的问题，包括对逆变器、双向计量设备、控制器、输配电设备以及系统安全运行等方面的测试。随着大中型新能源并网发电系统的使用，会对电量调度运行、电网的接纳能力以及相关的政策措施等方面提出更高的要求，因此，我国要不断发展科学技术，尽快建立统一的新能源并网发电标准，完善对电力系统的检测，保证其在满足人们的需求下安全、高效地运行。

6 结语

新能源并网发电系统虽然可以满足人们对于用电的需求，但由于我国相应的技术水平较低，其对电网中的电压、频率、谐波等方面存在着一些不好的影响，威胁着电力系统的平稳运行。因此，相关部门要加大对技术的研究力度，建立统一的并网标准并不断完善，从而促进电力企业的进一步发展。

参考文献

[1]吕志盛，闫立伟，罗艾青，等.新能源发电并网对电网电能质量的影响研究[J].华东电力，2012，40（02）：251-256.

[2]黄蓓，喻凌翔，温晓荃.新能源发电并网对电网电能质量的影响研究[J].求知导刊，2017，（03）：50.

[3]康珲，屈玮琦.探讨新能源发电并网对电网电能的影响[J].科技经济市场，2014，（08）：51-52.