新能源并网发电对配电网电能质量的影响研究

马培华

摘要：以太阳能发电和风力发电为代表的新能源在解决能源短缺、环境污染和可持续发展等问题中扮演着重要的角色，新能源的应用和发展也越来越快，配电网中的新能源并网发电情况也越来越普遍，但分布式光伏和分布式风电的输出功率具有间歇性和不确定性，分布式电源并网发电会引起配电网电压偏差变化和电压波形畸变率变大等电能质量问题，而电能质量问题与人们的生活息息相关，人们对电能质量问题日益关注和重视。因此，为有效提高配电网的电能质量及运行的安全稳定性，并更好地发挥新能源并网发电的优势，需深入研究新能源并网发电对电能质量的影响规律。

关键词：新能源并网发电;电能质量;配电网

引言

我国国土面积较大，海岸线相对较长，风力资源与其他国家相比占据优势。风能是对太阳能资源的间接利用，其在开发过程中占用耕地少、污染小，但储量较大，是实行可持续发展策略的重要组成环节。近年来，人们的生活水平不断提升，也加快了风力发电的发展速度。由于风电发电驱动力应用方面存在差异性及并网运行中的可靠性影响，对并网提出了较高的要求。

1风电新能源对并网带来的挑战

1.1负荷

电力需求对负荷管理效果不明显，风电场输出反调峰率、峰谷差等，影响电网的正常运行。负荷水平不高时，调峰能力不足;当负荷水平较高时，风电的消纳能力大，需要花费较多财力、精力，为了维持电网稳定运行，将放弃建设风电场。

1.2电网架构

风电场避免选择建立在市中心等位置，单个风电厂的容量通常在50MW以上，经过远距离输电通道，可将电能传递给高电压等级的变电站，高电压等级的跨区、跨省输电通道主要用于输送煤电，未充分发挥电网架构能力，造成地区电网风电接纳能力不足。

1.3风电场

风力发电具有风速、风力不稳等特点，导致风电场的输出具有随机性，接入风电时，会影响电网电压。风电的并网容量不高时，通过风速预测技术、电网调度，可控制风电并网对电压造成的影响;风电并网容量较大时，风电场输出随机性的特点会影响电网运行，此时为了保证电网的稳定性，调度部门会关闭风电场。

1.4其他

当前风电行业发展迅速，风电装机并网容量迅速增加，接近甚至超过地区电网消纳极限，影响电网电压。促进风电发展前，需要先对这些问题进行针对性研究，确保充分利用风电资源。

2新能源并网发电对配电网电能质量的影响研究

2.1合理确定风电机组类型

当前风电制造企业的风电发展路线包括直驱型风机、双馈型风机。

（1）前者控制简单，但其要求较高;后者控制较为复杂，但灵活度较高。

（2）前者无齿轮箱;后者具有齿轮箱，但整体维护成本较高。

（3）前者的噪声较小;后者噪声较大。

（4）前者为永磁;后者为电励磁.

（5）前者为全功率;后者为全功率的33%。

（6）前者切入风速低;后者切入风速高。

（7）前者造价高;后者造价低。

（8）前者尺寸大;后者尺寸小。

（9）前者重量重;后者重量轻。

（10）前者电流、扭矩均不变;后者电机侧电流上升，扭矩增加。长期以来，双馈型由于技术稳定的特点，受到市场的认可，随着直驱型技术的不断进步，当前直驱型风机应用更广泛。

风电场选定电机时，需要考虑众多因素，如安装、交通、地形、水文气象、风资源等，选择质量稳定、发电效率高的风电机组具有现实意义。当前我国风电制造厂家具有技术成熟、信誉好、实力强等特点，其设备可利用率、风机可靠性上均可得到保障，选择风电机组类型时，可结合当地的风资源，充分利用风能。风电场开发后需要较长时间，方可体现其效益，多种因素均会影响项目的收益。考虑收益时，应从原本的仅关注初期成本变为关注生命周期的平均成本，不断降低维护成本，延长生命收起，提高发电量。本地的风速水平较低、其他条件均一致时，风速转化率越高，切入风速越低，发电总量便越高，选择直驱型风电机组的优势更明显。直驱型风电机组的维护成本较低，不会对电网带来过大的冲击，当建设资金支持时，应选择直驱型风电机组。

2.2确定风电最大并网容量

電网的调节能力有限，是风电并网影响电网电压的重要原因，结合电网的调节性能，对风电最大并网容量进行计算，合理控制电网受到风电场的影响。进行风电同时率的计算时，需要考虑风机安装规律、风力资源平均度等特点，明确不同风机的性能，风机处理时应始终保持出力稳定、满荷处理，且应考虑风电场输出的随机性、不确定性。风电并网的接纳容量受风电场同时率、联络线输送功率、负荷特性、系统备用容量、电网结构特性、风电装机容量等因素的影响。为了确保电网安全运行，风电场的输出功率过高超出电网调节容量时，可采用暂时关闭部分风电机组的措施限制风电部分的功率。

2.3建设储能系统

储能电站的建设可平衡电网的供需，提高电网需求侧峰谷时的调节能力，增强电网稳定性、输变电能力，满足风电等可再生但供应不稳定能源的并网需求。储能系统可提高电能供应低谷值、降低电能需求峰值。工作人员应注意，电能无法直接存储，需要将其转化为电磁能、化学能的形式进行存储。

（1）物理储能。

①压缩空气。典型功率为50～300MW，其功率与容量均较大，但对场地具有特殊要求，主要应用于系统备用电源、调峰发电厂。②抽水蓄能。典型功率为50～2000MW，其功率与容量均较大，成本较低，但对场地具有特殊要求，需要经过较长时间的施工，主要应用于系统备用电源、频率控制、日负荷调节。③飞轮储能。典型功率为20MW，其功率较大，但能量密度不高，主要应用于新能源发电并网的调节，改善电能质量。

（2）电磁储能。

①超级电容器。典型功率为1～100MW，其具有效率高、寿命长、响应速度等特点，但能量密度低，主要应用于新能源发电，改善电网频率波动。②超导储能。典型功率为0.1～1MW，其具有转化效率高、响应速度快、功率密度高等特点，但成本高，主要应用于电网稳定性、电能质量调节、UPS。

（3）电化学储能。

①锂离子电池。典型功率为0.1～10MW，其能量密度高，循环使用周期长，但成本高、功率密度低，主要应用于新能源发电、调峰、备用电源。②液流电池。典型功率为0.001～500MW，具有寿命长、容量大等特征，但功率密度低、响应速度慢，主要应用于新能源发电、备用电源调节，改善电网电能质量。③铅酸电池。典型功率0.001～10MW，其具有成本低等特征，但使用周期短、环保性差，主要应用于新能源发电、UPS。

结束语

对新能源在不同并网位置、容量及并网方式下的配电网各节点电能质量进行了仿真计算，结果表明新能源并网发电的位置和容量对配电网电能质量有较大影响，并网节点越靠近配电网线路末端，并网新能源的额定容量越大，对节点电压的抬升作用和引起电压谐波畸变越明显，而各节点受影响的程度与其离并网节点的距离远近有关，离并网节点越近，受影响的程度越大，多个新能源的并网方式对电能质量也有较大影响，当额定容量较大的新能源并网位置越靠近配电网末端，电能质量受到的影响越大，当所有新能源均并网于末端时，对电压抬升和引起的电压谐波畸变最明显。

参考文献：

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