新能源并网对电力系统电能质量的影响

杨俊丽

（洛阳科技职业学院 机电工程学院，河南 洛阳 471000）

0 引 言

风能、光能以及水能等新能源的发展和应用不断推动国家能源技术的深入改革。为了践行“绿水青山就是金山银山”和“绿色环保可持续发展”，国家和政府已在逐步提升新能源在国家能源使用中的占比。截止到2020年初，国内风电发电机已经累计装机容量达到2×108kW，太阳能光伏发电累计装机容量也已经超过1.9×108kW。总体来看，新能源电力系统的装机占比已经超过总体电力系统的20%以上。未来从环保、节能以及经济角度来看，新能源发电技术仍会持续性向好、向快发展。但是新能源接入到原有的国家电网体系后，对原有电力系统和电能质量会带来一系列影响，这也是国家电网所需要关注的问题。

1 新能源并网发电系统的相关内容

1.1 电力系统概述

21世纪之前，人类对地球资源进行了许多掠夺式的消耗和开采，使得地球资源中许多不可再生资源已经面临消耗殆尽的危险，世界性能源危机的爆发和生物环境的恶化早已在数年前就已经向人类敲响了警钟。为此，各国在近年来不断加大对风能、水能、太阳能以及热能等清洁可再生资源的开发研究。目前为止，我国已经在光伏发电和风力发电方面做出了一定成绩，新能源发电机的容量也在逐步加大，2020年分布式发电机和能源容量已经突破了1.6×109kW。在新能源技术的发展下，多种分布式电源和发电方式可以很大程度上解决当前国家电力系统电容不足的问题，在夏季和冬季这两个用电高峰季也可以满足城市的用电需求。在取得研究和实践成果的同时，多种分布式电源在接入原有的国家电网体系后，对于原来的配电网系统也产生了不同程度的影响。配电系统已经从原有单一的分配电能逐渐转变为集合生产、传输以及储存于一体的多功能电力系统网。而且由于当前新能源发电技术和系统还远未达到十分成熟的阶段，所以新能源发电还存在波动性和随机性等问题，使得在并入原有电力系统后时常会造成谐波污染与电压波动等问题，给电力系统带来了许多不可预知的风险，也在一定程度上影响到了原有的电能质量。

1.2 电能质量概述

各个国家依照生活需求和用电需求的不同，在电能质量方面的要求有不同表述。就国内而言，电能质量是体现在相关电力企业在对用户提供电能时，各项指标要符合国家电网所规定的用电标准、技术规范以及安全保障等，在保证电能平稳输送的基础上最大程度地保证用户的用电安全，为用户提供安全可靠的电能。而从普通用户的角度来看，电能质量较高的理解就较为简单，基本可以理解为在日常的用电过程中，电压、波形以及频率等因素不会受到大幅度的干扰而产生巨幅波动的情况。当然，一般轻度的电能质量波动用户也很难察觉到。此外，在日常民用的电力设备中，各种电器设备也会在一定程度上影响用电质量和用电安全。

根据电网系统的运行情况，将电能质量大致归纳为供电、电压以及电流质量3个方面。供电质量的影响因素包括技术方面和非技术方面，技术方面可以参考电压的稳定程度和质量，非技术方面即电力公司对于相关电力生产和服务水平等方面。电压质量表现在电压偏差、过电压以及欠压等方面，电流质量表现在陷波和电流谐波等方面[1]。

2 新能源并网对电力系统电能质量的影响

2.1 新能源并网对电网系统发电稳定性的影响

太阳能发电技术已经被广泛运用到多个行业和领域。但是在实际的利用中，太阳能的优缺点也十分的明显。太阳能发电会受到气候、天气、温度以及地理环境位置等因素的影响，如在阴雨天或冬季，太阳能发电的效果就会大打折扣。各种环境因素的影响下，太阳能光伏发电系统最终产生的发电量会有较大的差异，输出功率上也会有很大变化，这就会直接导致电压波动的问题。

风力发电受到风速和风力大小的影响，最终产生的电能质量和功率也会有所不同，将会导致产生电压波动和闪变。

新能源发电系统在设备开关和功率输出等方面也会因为各种技术原因和自然原因产生波动，外界因素对于电能质量和电压稳定影响较大，所以在新能源并网后会加大对电压调节的难度。传统的调压设备和方式在新能源接入原有电力系统后已经渐渐无法满足并网过后电力系统的安全，所以需要改善相应的技术和管理方法。

2.2 新能源并网后的孤网问题

新能源并网后所产生的孤网问题会对电网的安全性产生极大影响。孤网即孤岛电网，其是由多个小型发电机组或者系统相互联合后所搭建起来的局域性电网，以此在大电网运行减弱或者电压降低时，新能源的电力系统可以继续运转和发电，在大电网失压的情况下持续给其输送电力，这也就是孤网问题所带来的危害[2]。孤网现象的发生可能会导致电网中电力系统和电能质量都发生不同程度的波动，如果类似电压或者频率发生大规模和大幅度的波动，超出原有电网系统可以承载的运行标准就极可能会导致电力设备的安全问题。例如，电线和电路发生电压紊乱，进而跳闸，电压电流的载荷超过预期安全标准，给逆变器造成负荷，严重的可能会导致相关仪器设备高压起火，造成生命财产安全问题。

2.3 新能源并网后对电网频率的影响

利用新能源技术进行发电在环保、节能以及可持续发展等方面有很大的优势，但是在稳定性方面还需要技术性的突破。在原有的电力系统中，电能的生产、储存传输等系统都具有较高的系统性和完整性，在运行频率方面很少会出现大规模的异常问题。尤其对于一些容量不大的小城镇发电站来说，即使很多机组产生投切问题也很少会出现频率异常的问题。但是新能源并网后，其供电比例逐步增大，超频现象频繁。而这类问题产生的主要原因在于太阳能光伏发电、风能发电的间歇性和不稳定性，自然因素的变化极大影响电力系统的发电过程和效果。因此，电网管理人员需要全方位地考虑新能源发电的影响因素，对于这类间歇性波动问题要尽早研究出解决对策，从而保证电网的运行安全和用户用电安全。

2.4 新能源并网标准方面的问题

新能源技术所带来的影响和成果十分巨大，风能、太阳能、水能、热能以及生物能等在科学技术的突破下有了不错的成果。但是新能源过分依赖于自然环境，其地理位置的分布也十分复杂。例如，风能发电多是建立在海域和高原等开阔区域，太阳能则是布置在海拔较高或光照时间较长的区域。这些发电系统和设备在并网后很难搭建起一个统一的标准，由于当前的技术问题和电力布置问题导致实际应用上存在成本高、普及和应用难等问题，缺乏相应的标准和技术协调，因此很难保证新能源并网后电力系统的稳定性和安全性。

2.5 新能源并网后的谐波问题

风能发电系统在接入原有的电网后所造成的谐波问题会影响到系统设备的运行安全和稳定性，同时也会导致电力生产和使用时的能量浪费情况。从风力发电设备的技术方面来看，发电设备自身会产生一定的谐波问题，恒速发动机在开启时就会产生谐波现象[3]。而变速发动机在频率切换时容易产生谐波问题，且影响程度较大。此外，一些发电系统为保证设备平稳运行而加装的补偿装置也可能会引发谐波。太阳能光伏发电因为光照的强弱，其输出功率产生一定程度的波动，产生谐波问题。

3 新能源并网后的问题思考

3.1 并网后稳定性的问题

新能源技术的研究和应用有了较长时间的发展，但对于其在电网系统中的电能稳定性研究分析还有不足，需全面认知到设备技术对电能质量所带来的影响以及与其他设备和路线之间的兼容问题等[4]。因此，在电网的统一标准方面，相关部门还需要加强对各类建设标准的研究。针对稳定性方面，建议相关部门尽可能在满足自身和民众信息安全的基础条件下，对于各区域中低压分布式电源系统信息进行持续性监测，不断调整各类信息的接入方式和口径，提升分布式电源信息的接入率，来到达对分布式电源较高观测度[5]。在逐步完善部分系统可控的情况下，达到群控群调的目标。

3.2 发电稳定性问题

新能源技术的产生基础还是来源于自然环境，以目前的人力技术来看，难以对自然环境起到有效的干预。为了消除自然因素对电能质量和电力系统的影响，可以从电力设备的本身来寻找解决问题的方案。

首先尝试利用科学手段来加强设备技术的革新，从能源设备技术方面来不断提升自身电能生产传输的可靠性和稳定性。其次加强电网系统的自动调节控制功能，调控和平衡电力峰值状况。最后通过在电力系统中设置相关的补偿技术，来应对一些系统发电中产生的无功率运转问题，从而来减少能源浪费。

3.3 谐波问题

谐波作为新能源并网后较为常见的问题之一，对于原有电网系统的损害也较大。在很多设备、仪器或者线路电容器中都会产生谐波问题，虽然问题出现较为频繁，从目前的技术水平来看该问题还是处于一个可控的范围内。电网部门通过一定的措施可以对其进行规避和预防，如在风力发电厂设备中加强各类设备的协调连接，设置适当的谐波抑制仪器等。

3.4 孤网问题

处理孤网问题需要从其产生的原因出发。新能源机组在与原有的电网电源连接后，由于新能源发电系统相较于原有的电力系统是一个独立且功率较小的电源，因此在实现数据共享方面会产生一定的问题。在解决此类问题时，要着重强化新能源与原有电网的信息适配程度，加强电网和新能源系统的协同调控功能，这样可以在一定程度上减少新能源并网后的信息孤岛效应。

4 结 论

现阶段，太阳能光伏发电和风力发电技术深入发展，新能源的利用比重随着时间进一步加重，这也会对国家能源、生态环境以及经济等方面产生积极作用。新能源机组的快速发展可能会对原有的电网系统带来较大影响，国家电网部门则需要进一步完善和革新相关的电力系统和电力保障制度，从设备机理、规模管控以及技术深入等多方面来作为新能源并网问题的解决切入点。随着技术和管理的进一步完善，未来新能源技术的广泛应用会为国家的经济发展和民生带来极大的推动作用。