新能源发电并网对电网电能质量的影响研究
时间：2021-02-12 12:01:38 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：目前，在时代与科学技术不断进步的同时，我国电力事业迎来了发展高峰期，这也使得人们对电网质量与安全也提出了更高的要求。而由于新能源具有分布范围广及分布不均匀的特点，这导致新能源并网发电系统在实际运行过程中存在着不稳定性、间断性，不利于发电系统正常工作。因此，本文将对新能源发电并网给电网电能质量带来的影响进行分析，希望可以为相关工作者的研究提供一些帮助。
关键词：新能源；并网发电；电网电能质量
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）23-0160-02
进入新时代后，随着社会经济的快速发展，人们在生活水平提高的同时，对电能质量提出了更高的要求，而这也是我国电力行业面临的重要挑战。虽然我国在电力事业中已经运用了新能源并网系统，但在各种因素的影响下，其还会给电网电能质量带来不良影响。
1 新能源发电并网给电压带来的影响
1.1 对馈线稳态电压的影响
在电力系统中，改变有载调压变压器的分接头与投切电容器是调节电压的主要设备[1]。如果新能源发电在接入电网后占据大比例，那么在发电功率波動性的影响下，线路中的负荷潮流会发生较大变化，从而导致当前调压方案无法有效调节并网中的电压。通过研究可知，若依照原有调压方案对电压进行控制，会使用户侧的电压水平下降，无法达到用户用电标准。因此，必须在充分考虑实际情况的基础上，合理改正调压方案，以此来有效调控新能源发电并网中的电压。
对于电网和新能源发电站公共衔接点而言，其电压稳态状况主要受到接入电网短路容量、输电线路阻抗以及新能源发电穿透功率等因素的影响。以某地区50MW的风电场公共衔接点电压为例，通过风电场输出功率波动性对其影响的研究可以发现，在一定程度上，电网中电压是由风电场的输出功率进行支撑。而这一输出功率可以分为两种类型，即有功与无功，有功输出与电压支撑成正比；而无功输出给电网带来的影响主要是在0.5～1.0Mvar范围中。
1.2 对电压波动、闪变的影响
相较于常规能源发电，新能源发电具有随机性、波动性以及不可控制性等特点，这也就导致其在接入到并网后，会加大电量控制的难度。同时，这些不可控电量会将强烈电流冲击带给传统电网，不但会使电网出现波动、闪变以及频率偏差等问题，还会变更馈线潮流，在一定程度上增加电网不可控性与调峰容量余度。当调峰容量小于一定范围后，其会严重阻碍电力系统的平稳运行。因此，必须在保证并网技术性能的同时，提高电网的电量接纳能力，并增加其调峰容量。同时，在新能源发电系统中，动态无功功率及有功功率调整功能发挥着重要作用，且并网中无功损耗问题也经常会出现，因此，必须保证发电系统具备无功补偿功能。只有这样，才能有效应对运行过程中的电压问题，从而促进电网高效运作。
2 新能源发电并网给频率带来的影响
在新能源并网发电中，新能源发电机组具有随机性的特点，当电力系统发电容量占比超过一定范围后，电网频率会出现波动，从而给电力系统及用户带来不良影响。可以把风电场功率波动给电网带来的影响转换成一种传递函数，而这一函数主要涉及到风电场输出功率波动与火电机组转速变化，并通过利用风电功率波动评估系统频率模型的建立，以模拟、运算等流程获得最终结论，即当火电机组自动发电系统功率波动处在0.01～1.0赫兹范围内，其会严重影响大电网。
在新能源发电站接入之后，为了对其给小电网频率带来影响进行研究，可以通过火电厂单机等效模型的建立及电网频率的变化数据对新能源发电并网给频率带来的影响进行分析。以功率为1.5MW的新能源发电机组为例，假设频率偏差在0.5赫兹以内，通过计算可知新能源发电机组在穿透率达到18%时，频率偏差最接近限定范围值。因此，为了实现新能源的大规模使用，在发电系统运行中必须仔细研究新能源发电的波动性、间歇性特点，并有效结合电网调度计划与发电功率预测，对电网频率进行严格监控，为发电系统平稳运行提供有力保障，以此来满足人们生产、生活的需要[2]。
3 新能源发电并网给谐波带来的影响
并网风电场和并网光伏发电站是新能源并网发电站的主要类型，且电力电子装置是发电系统中最常使用的设备。但其在具体的使用过程中还存在着许多问题。并网光伏逆变器是通过脉宽调制进行控制，同时，绝缘栅双极型功率开关是其突出的物理特点，就会使并网光伏发电站在运行中出现电压电流谐波，而在光照强度和照射角度变化等因素的影响下，如浮云阴影效应、物体阴影效应以及光照强度改变等，发电站的输出功率会出现波动间歇性的变化，从而造成电网谐波污染。通过研究可知，电流谐波畸变率在凌晨、傍晚阶段的变化较大，若中午出现较大云量，其也会有所上升。
并网风电场出现电网谐波的原因有两方面：一方面是风电场线路电抗与并联补偿电容器发生谐振，从而使得谐波产生，具体可以分为与变速两种风力发电机谐波。恒速风力发电机是在软启动阶段通过电力电子装置与电网的直接相连导致的谐波产生，而变速风力发电机则是利用逆变、整流装置才能连接到电网系统中，在这种情况下，若电力电子装置切换的频率在谐波产生范围内，那么其就会给电网运行带来严重影响；另一方面，风力发电机组本身的电力电子设备也会导致谐波产生。通过研究风电场中全功率变频的变速发电机组可知，电流谐波的大小主要受到该机组开关频率与调制方式的影响。定开关频率调制通常是在开关频率或者是倍数情况下会导致谐波出现高峰数值，而变开关频率调制则具有整次谐波频带及较宽间谐波。
在一定程度上，谐波电流还会给电力系统造成严重的危害。谐波电流给新能源电网造成的畸形现象，会严重降低电网中的电能质量，并给电力系统正常运行中埋下了安全隐患，严重时甚至会导致电力系统的整体瘫痪，不利于人们正常进行生产活动与日常生活。因此，必须从两方面入手，有效解决这一问题。一方面，在风电场中，应该尽量接连种类不同的风电机，减少单一恒速风电机或者是变速风电机的密集接连，从而有效避免其给带来较高的谐波电压；另一方面，应该将可以对谐波进行过滤的相关装置安装在电力系统中，以此来降低新能源并网中的电网谐波。同时，还可以通过动态无功补偿装置或者是静止无功补偿装置的使用，有效减少电网的谐波含量[3]。
