新能源发电并网对电能质量影响及控制措施

赵丹阳

（山西省安装集团股份有限公司，山西 太原 030032）

1 新能源发电技术概述

1.1 太阳能发电技术

光伏发电技术主要就是利用太阳能电池将太阳光直接转化为电能，目前主要采用硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池和新型高效染料敏化太阳能电池等。光伏发电设施可以安装在屋顶、地面或太阳能光伏跟踪系统上，以获取更多的太阳能。太阳能热发电技术则通过聚光器将太阳光聚焦于热交换器，进而通过热机循环将热能转化为电能[1]。太阳能热发电技术主要包括槽式太阳能热发电、塔式太阳能热发电和菱镜式太阳能热发电等。这些技术均具有较高的热电转换效率和较低的环境影响。

1.2 风能发电技术

风能发电技术是利用风力驱动风力发电机组产生电能的技术。根据风力发电机的结构特点，可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机的转轴与地面水平，风轮面向风向，具有较高的能量转换效率。垂直轴风力发电机的转轴与地面垂直，不论风向如何变化，都能有效地捕捉风能，但能量转换效率相对较低[2]。风能发电项目可以分布式布局或集中建设为风电场，以提高能源利用率。

1.3 陆地和海洋潮汐能发电技术

潮汐能发电技术是利用潮汐能驱动发电设备产生电能的技术。根据发电设备的安装位置，潮汐能发电技术可分为陆地潮汐能发电和海洋潮汐能发电。陆地潮汐能发电主要利用潮汐造成的水位差驱动水轮机发电；海洋潮汐能发电则通过潮流涡轮发电机直接利用海洋潮流产生电能[3]。

1.4 生物质能发电技术

生物质能发电技术是通过燃烧生物质资源（如农作物秸秆、畜禽粪便、废弃植物等）产生热能，并将热能转化为电能的过程。生物质能发电具有可再生、清洁和低排放的优点，有助于减少化石能源的消耗和环境污染。

1.5 地热能发电技术

地热能发电技术是利用地下高温热流体（如地热水、蒸汽）产生的热能来驱动发电机组发电的过程。地热能发电具有资源丰富、可持续利用、污染低等优点，能为电力系统提供稳定可靠的能源供应[4]。

2 新能源发电并网技术

2.1 并网接入技术

技术要点如下：①接入点选择。新能源发电项目的接入点选择应考虑资源分布、输电线路、用户负荷和电网条件等因素，以确保发电效益最大化和电网运行稳定。②接入电压等级接入。电压等级的选择应根据发电规模、接入距离和电网负荷特点等因素综合考虑。一般而言，发电规模越大、接入距离越远，接入电压等级应越高。③并网设备及保护配置。新能源发电并网需要配置适当的变压器、断路器、保护装置等设备，以确保电力系统的安全可靠运行。同时，应根据电力系统的运行特点选择合适的保护方案。

2.2 稳定性和可靠性分析

首先，系统稳定性分析。新能源发电并网后，电力系统的稳定性受到很大影响。需要对系统进行暂态稳定、电压稳定和频率稳定等方面的分析，以评估新能源发电对系统稳定性的影响。其次，保护和自动装置对系统可靠性的影响。新能源发电并网后，保护和自动装置的配置和设置对系统可靠性至关重要。应根据系统特点选择合适的保护装置和自动装置，以确保系统在故障情况下能够快速切除故障、恢复正常运行。

3 新能源发电并网对电网电能质量造成的影响

3.1 对电网谐波造成的影响

新能源发电在实际运行中会受到自身因素与外界因素影响，导致电网容易出现谐波，对电网电能质量造成影响。通过并网光伏发电特征可以发现，光照的强度以及阴影的变化和浮云阴影等方面问题都会让发电功率出现变化，导致谐波污染与电压波动。除此之外，新能源在发电中，因为发电机组本身原因，也会出现一定谐波畸变。而为有效将直流电转换成交流电，在光伏发电系统运行中会大量应用电子换流器，电子换流器的应用也会出现电流谐波畸变。最重要的是上述谐波电流波形存在不稳定性，电容器与电抗器自身谐振规律也会导致其畸变程度更加严重。并且风力发电系统在应用中也有使用电抗器与电容器，两者在互相作用下会出现谐波畸变。上述原因都是致使谐波电流电压出现畸变的原因，对电网运行的安全稳定性造成严重影响。

3.2 对电网频率的影响

传统电力系统在实际运行中很少会出现频率异常问题，结合有关并网光伏频率变化数据能够了解，在光伏发电站的容量比较小的时候，能够利用多台机组投切，确保电网频率不会出现被限制情况。但新能源发电站实际发电容量在电网总量中占据比例不断提升，因为现代新能源发电存在一定随机性，很可能致使整体电网系统的频率出现波动，从而对用户用电以及整体电力系统良好运行造成负面影响。结合有关数据构建风电功率波动对于整体电力系统频率影响的评估模型，发现0.01~1.0Hz 功率波动对于整体电网系统造成影响最大。

3.3 对稳压系统的影响

和传统火力发电不同，新能源在发电中更容易受外界因素影响。并且新能源会被各种条件制约，致使输出电压产生的变化范围扩大，对于新能源并网后会产生一定的影响。同时，输出功率变化，对于新能源容量调节也会产生很大的影响，对于电网的运行会产生较大的干扰。当新能源并网之后，不够科学的调压方式会造成很多隐患，较为常见的问题有降低输出电压值，让电能质量下降，从而对电力系统安全运行造成不良影响。

3.4 对电压的影响

光伏发电主要是通过太阳辐射产生的光能与热能进行发电，所以在实际发电中容易被光照与温度等方面因素影响。并且在不同时间与不同地点，因为光照与温度不同，也会让发电功率出现明显变化，导致电压出现改变。而风力发电主要是通过风力机组把风流动产生动能转变成电能，容易被风力条件影响。为减低该方面影响，通常会把风电发电厂的位置设置在风速比较大同时较为稳定的地方。电压会出现变动与闪变的关键原因是受到输出功率影响。新能源在电力系统中机组的启动与停止在运行中都会出现波动，这时电网也比较容易出现闪变与波动。之所以会出现这种情况，和电网短路容量比存在一定关系，所以应选择使用适合的线路阻抗比，同时利用电能质量控制器降低新能源并网对电力系统造成的冲击。

3.5 孤网问题

当大电网在运行中出现失压情况时，并网的风力发电和光伏发电依旧持续发电，并且和本地负载连接，从而构成了一个全新的平衡网，而这就是孤网。这个时候大电网就不能对孤网电压和频率进行控制。孤网不受大电网控制，若是受电位置出现变化，或是其输出功率产生变化，都会让孤网崩溃，从而致使孤网电压与频率产生变化。若是产生变化保持在可控范畴内，那么造成影响与危害就还能够控制，但若是超出可控范畴，就会导致电路被破坏，甚至会让整个装置运行受到影响与破坏。逆变器在供电不足状况下，就会出现过载情况，使逆变器被破坏。

3.6 电网电能质量下降

产生的危害电网电能质量会涉及很多方面内容，其中比较有代表性的问题就是电压跌落现象。一般企业生产经营中，短暂电压跌落不会出现严重危害，但对于现代社会发展中出现的新兴电子产业而言，不同设备设施对于电压跌落问题敏感性不同，有些较为精密的设备设施则对电网电压跌落非常敏感[5]。而该类型设备一般是在开展大规模生产经营活动时才会使用，所以即使是短暂电压跌落也会造成严重经济损失。

4 新能源发电并网的电网电能质量控制措施

4.1 协调储能技术与新能源

首先，针对储能技术与新能源的控制问题，可以采用协同控制和分布式控制相结合的控制方式，将传统发电单元、储能单元和间歇性新能源有机结合，研究基于风险约束的大范围协同调度方法。其次，针对新能源发电并网，可以将储能技术用于大型新能源发电并网，以优化风电、光电爬坡速率，符合新能源发电并网中风电、光电有功变化的要求。考虑到在未来风电、光电的功率波动对充电、放电行为的影响，可以采用超前控制的方法，对于控制风电、光电功率的短期波动有较好的作用。也可以利用电池—超级电容器构成储能系统，以降低新能源发电在不同时段的出力波动。由于经济性和实用性等原因，储能技术尚未在电网中得到广泛应用，但为新能源发电并网提供了一种新思路。

4.2 优化电网调度

对于现代电力系统发展而言，新能源并网是一项非常关键的措施，也是优化电力系统的重要方式。但原本的电力系统会因为新能源并网而对电能质量造成一定影响。为降低该种影响，有关单位需要根据新能源并网时现代电力系统实际运行状况，强化对电网调度方面的控制，特别要加强对并网流程的管理，确保实际运行中电网调度具有系统性，提升现代新能源发电作用与效益。在当前电网调动控制和管理工作中，有关单位和工作人员没有应在保证所有电力设备设施保持良好运行情况下，让各类型设备设施都能在电力系统中充分发挥自身价值与作用。现代新能源并网中，电力系统对于电网调度管理和控制方面，相关电力企业逐渐大面积应用联络线频率偏差掌握技术，这种技术的使用，有效提高了新能源并网之后整体电力系统运行的稳定性与安全性。

4.3 控制无功电压

在无功电压控制中，大型间歇性新能源发电系统应遵守分区、分层和就地平衡的原则，根据无功设备以及光伏逆变器、风电机组的特点，对各类无功设备进行调节，并充分根据各类无功设备性能上的差别，对整个区域所有节点的电压进行控制，维持电压在规定的范围之内，以确保区域内的电网电压安全。通过对无功电压控制的研究，可以总结得到如下要点。

（1）无功电压管理和控制和功率计算间有着十分密切的关系，有关工作者应根据两者间存在的关系，选择相应无功设施的内部响应机制，最大限度发挥静态和大容量调换设置作用，科学管理间歇性新能源场包含的无功电压，也可以利用小幅波动动态装置，提高新能源并网后的现代电力系统运行安全性以及可电气技术与经济、技术与应用可靠性和稳定性。

（2）采用新能源发电系统的无功电压调控模式，以新能源发电系统集合体的升压站为电压调控枢纽，由新能源发电系统的升压变压器对电压进行控制，使全范围内电压保持稳定。

4.4 加大新能源发电研发及规划

为了提高新能源发电的效率和降低成本，政府和企业应加大对新能源发电技术研究的投入，尤其是光伏、风能、潮汐能等清洁能源技术的研究。此外，还应关注能源存储技术的研究，以应对新能源发电的间歇性和不稳定性问题。在电力系统规划中，应充分考虑新能源发电的特点和潜力，优化电力系统结构，提高新能源发电在电力系统中的比重。同时，应加强电网基础设施建设，提升电网承载新能源发电的能力。通过市场化改革，激发新能源发电的投资积极性，促进新能源发电产业的健康发展。政府应逐步消除化石能源补贴，推行碳排放交易制度，为新能源发电创造一个公平竞争的市场环境。

4.5 强化电能质量控制，完善有关技术标准

现代新能源并网，会对电力系统运行造成很大影响，其中存在很多干扰因素，导致电力系统电能质量大大降低。所以有关工作者在平时工作中，应加强对有关干扰因素的研究与分析，并在新能源并网时，对相关干扰因素进行严格控制，保证电力系统可以得到充分的管理和控制。简而言之，完善新能源并网电力系统电能质量控制以及技术标准，可以从如下方面着手进行。首先，控制电压闪变和波动，应根据电能质量有关要求，在相应电力系统中配设电力滤波设备设施和装置，通过有感设备应用，促使并网系统可以引发一定程度的电压浮动，利用电力系统中动态电压恢复装置，让电网系统可以保持良好运行状态。其次，在控制谐波方面，能够通过使用静止无功补偿设备实现对谐波的控制。

5 结语

虽然各类新能源的并网会为人们带来一定的好处和便利，也实现替代传统以煤炭资源、水资源发电的模式，解决我国能源短缺和传统能源使用带来的环境污染问题。但是，在各类新能源的并网中，会出现电能质量欠佳、电压不稳的情况，使得新能源发电无法维持正常供电。新能源发电并网是新时代下，保护生态环境的重要方法和措施，因此，在未来的发展中，这项技术还有值得探索并优化的价值和意义。