新能源发电并网对电网电能质量影响分析

新能源发电并网对电网电能质量影响分析

李毛根 梁华银 李昕

国网安徽省电力有限公司宿州供电公司 安徽宿州市 234000

摘要：随着经济的发展，能源的需求量越来越多，然而化石能源以及日渐衰竭，过渡的开采能源也使得环境问题越来越严重，对于电力系统来说新能源的开发与应用显得非常重要，近年来我国关于新能源的应用研究越来越多。本文首先介绍了新能源发电的特点与几种新能源发电发展现状，并且介绍了电网规划，进而论述了新能源的发电接入对电网电能质量所产生的影响。

关键词：新能源发电;电网规划;并网

现在我国经济建设水平不断提高，同时人们的生活水平也有了显著的改善，改对能源的需求也在多年之中有增无减，给我国的能源产业的发展造成了更大的压力。与此同时，我国的开发建设过程中，对环境也造成了一定的破坏，能源安全和环境保护问题也得到了人们的广泛重视，否则必然给我国的经济和社会的可持续发展形成阻碍。在能源工作当中，积极应用新能源材料，这也给我国的电力事业发展指明了方向。

1新能源发电的特点

1.1大规模集中发电

现在我国的水力发电和核能发电全都采用大规模集中的方式来发展。举例来说，核燃料具有相当高的发电效率，如果应用技术水平较高，则不会对环境产生较大的影响。但是从另一个方面来看，核电机组运行过程中会产生较大的成本，同时整体结构非常复杂，在运行之后，大多是在额定状态下运行的。相比之下，水力发电站的成本更低，机组设备启动效率高，可以迅速完成一系列制动，所以可以灵活控制发电量，在丰水期之外也经常用于电网调峰。

太阳能和风能具有无污染的特点，储备粮巨大，但其本身缺乏稳定性，在使用过程中表现出了较高的间歇性和波动性，这样一来，就严格限制了其使用频率和适用范围，所以限制人们更加倾向于风光互补发电这种方式。

光伏发电在未来将会走向并网，但是由于其自身的不稳定性会对整个系统造成巨大影响，所以如果想要应用，必然需要考虑相关规划问题。

1.2分布发电

和集中发电相比起来，分布发电的概念就是在有需求的一端附近来安装发电设备，运行方式多为自给自足，将多余的电量流入电网使用，并且在配电网系统当中，以平更调节作为基础，将电能供给发电设施。在这个过程中，其额可以体现出循环高效的特点，并且分散布局，就近取用，这些都可以体现出较强的应用性。现在分布式发电主要应用于很多环境友好型能源。

现在随着时代的发展，微电网和智能小区的理念悄然兴起，所以可以说新能源已经和分布式发电形成密不可分的联系，二者的结合应用可以体现出更明显的优势来，但另一方面来看，其本身也有更加复杂的发电特性，一方面风能和太阳能具有一定的波动性，节点承担了电源和荷载两个特点，同时分布式电源也大大复杂化了电网运行方式，这也给继电保护工作的开展提出了新的要求。但是从另一方面来看，新能源发电和并网本身需要应用到很多电子设备，一方面会给自身的发电特性造成影响，同时也会影响电网运行的安全稳定性，所以需要我们进行技术的革新。总结起来，包括太阳能和风能在内的新能源在使用过程中难免出现波动性的特点，所以这就体现出了分布式电源的优势。

2新能源电源并网对电能质量的影响

2.1风力发电并网

早期的风力发电机单机容量较小，多采用与配电网直接相连的异步电动机，且处于供电网络的末端，抗冲击的能力较弱。之后，变速风机、双馈感应电机等新型发电机组开始得到推广，有效地提高了风力发电的效率，但大规模风电引入电网，对系统稳定性、电能质量等产生的一些负面影响仍然不容忽视。

（1）由于风能具有随机性、间歇性，风电机组输出的电能也是波动、随机变化的，具有不可控的特点，因而稳定性较差，不能保证不间断供电。

（2）虽然目前风力发电机组大多采用软并网方式，但并网瞬间会产生较大的冲击电流。

（3）当风速超速时，风电机组会从额定狀态自动退出运行，风电机组的投切产生的电压波动和闪变是风力发电对电网电能质量的主要负面影响之一。

（4）风速的变化导致风机出力的变化，随着风速的增大，电压波动和闪变也越明显。

（5）风机特有的风剪切、塔影效应，风电场公共连接点的短路比和电网线路的电源阻抗电感和电阻比（X/R）也是引起电压波动和闪变的重要因素。对于接于电网薄弱节点的风电场而言，电压波动和闪变尤为明显。

（6）风电机组并网采用了大量的电力电子设备，对于需要通过整流和逆变接入电网的变速风力发电机而言，会产生严重的谐波问题。

2.2太阳能光伏并网

太阳能光伏并网利用太阳能光伏阵列产生的直流电，经电力电子变换装置转换成符合要求的交流电后，直接或经变压器接入电网中。我国太阳能光伏发电技术已比较成熟，呈现出各地“分散开发、低电压就地接入”与荒漠地区“大规模集中开发、中高压接入”并举的发展特征。光伏电站运用最大功率点跟踪技术提高系统效率，充分利用太阳能的时间分布特性起到削峰作用，这也是光伏发电相对于风电的一个优势。但光伏发电系统受环境温度、太阳光照强度和天气变化影响，具有随机波动性，造成发电功率的剧烈变化。

（1）由于阳光的昼夜变化，光伏发电装置只在白天工作，晚上切离电网，不但影响了设备的利用效率，且频繁投切也会对电网的稳定性造成影响。为尽可能提高太阳能的利用率，提出了最大功率点跟踪控制法，但仅是最大功率点跟踪无法做到有功输出可调，有功调节技术还需使用储能，实现对电网的有功支持。

（2）光伏发电对电网的另一个负面影响是谐波污染。光伏发电系统一般通过逆变装置转换才能接入公共电网，这些逆变装置通过适当的控制策略能够实现有功和无功的解耦控制，在一定程度上实现了补偿无功，控制功率因数和抑制谐波的作用。在实际的运行过程中，当逆变器输出轻载时，谐波会明显增大。

2.3微型燃气轮机并网

微型燃气轮机是新兴发展起来功率为几百kW以下的小型热力发动机，具有体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单等特点。根据结构的不同，微型燃气轮机分为两种：一种是高速燃气涡轮驱动永磁同步发电机发电，再经过电力电子变流装置转化为工频交流电向用户供电;另一种是涡轮机通过变速齿轮箱驱动同步发电机直接并网。通常情况下，微型燃气轮机的输出功率与燃料量有关，因此，它的有功功率是可以控制的，与风电和光伏发电系统不同。对于需由变流转换装置并网的微型汽轮机，同样存在因电力电子设备整流逆变带来的谐波污染问题。

以上分析及其他的研究表明，分布式电源并网对电网电能质量的影响主要表现为：

（1）受环境和气候条件、用户需求、政策法规等因素的影响，分布式电源的起停与投切，其不确定性易造成配电网明显的电压波动和闪变。同时，DG的控制设备和反馈环节的相互作用也会直接或间接引起电压闪变。

（2）分布式电源采用基于电力电子技术的逆变器接入配电网，与传统电网的方式有很大不同，开关器件的频繁开关易产生开关频率附近的谐波分量，对电网造成谐波污染。

（3）分布式电源常位于配电网的终端，离负荷较近，输出的无功会使负荷节点处电压升高，甚至超出电压偏移标准。当分布式电源退出运行时，受其影响较大的节点负荷又因缺少电压支撑而遭受低电压等严重电能质量问题，受影响程度的大小与分布式电源的类型、位置和容量有关。

3结语

新能源发电在近年来得到了很好的发展，但仍存在设施和技术上的难题，在新能源发电发展的过程中，要综合考虑新能源发电带来的电网电能质量的影响。

参考文献：

[1]王灿.考虑大规模新能源接入的電网规划评价指标研究[D].北京:华北电力大学,2015.

[2]豆田田,刘慧丽.浅析新能源发电接入及对电网规划的影响[J].低碳世界,2016,(26):43-44.