新能源发电并网对电网电能质量影响分析

陈辰 1李朝辉 2潘星 2

国网江苏省电力有限公司扬中市供电分公司，江苏镇江扬中， 212200 2.国网江苏省电力有限公司丹阳市供电分公司，江苏镇江丹阳， 212300

摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。风能是洁净的可再生可持续发展的绿色能源，采用风力发电是受到大力倡导支持的，因此在我国的电力行业中占据的比例也越来越高。但是风力发电目前存在的一些欠缺之处影响了其普及速度，还需要继续发展与完善。如何提升风力发电并网技术及电能质量就是一个当前急需研讨的话题。本文就电力发电并网技术及电能质量控制措施展开探讨。

关键词：风力发电;并网技术;电能质量;提升

1引言 近年来，随着我国社会经济发展水平的不断提示以及可持续发展理念的日渐推进，再加之当前环境污染严重性及资源紧缺性等现实问题越演越烈，国家对于能源与电力供应的环保性、可靠性、安全性等相关要求也越来越高，由此也导致多数电网由于自身的缺陷已经无法满足这种时代发展的要求。为更好地改善这一现状及问题，分布式发电与新能源发电两种发电方法得以普及。那么。新能源发电与分布式发电究竟哪种更为适合未来的电力发展.接下来，笔者就结合两种发电方式的优缺点，针对其给电力系统所带来的影响进行了分析，以供参考。

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新能源发电对电网频率的影响 电力系统运行中频率异常的情况很少发生，并网光伏发电站的频率变化曲线，可见当光伏发电站容量较小时即使在多台机组投切时也不会引起电网频率越限。当新能源发电站的发电容量占电网内总发电量比例逐步增大后，由于新能源发电机组出力具有一定的随机性，可能导致电网内的频率时常出现波动，对用户和电力系统本身都会造成不良后果。将风电场功率波动对电网的影响等效成一个传递函数即为火电机组转速变化与风电场的输出功率波动的传递函数，建立了风电功率波动对系统频率的评估模型，并得出考虑火电机组的自动发电控制系统时0.01 ～1.0 Hz 的功率波动对大电网的影响最大。 4新能源发电对电网谐波的影响 新能源并网发电站主要包括并网光伏发电站和并网风电场两种类型，由于并网光伏逆变器的绝缘栅双极型功率开关（IGBT）的物理特性，以及采用脉宽调制控制方法的逆变器自身特点，并网光伏电站运行时会产生相应的电压电流谐波，且由光照强度变化（如自然光照强度变化、浮云的阴影效应、物体的阴影效应等）引起光伏电站输出功率的波动间歇变化以及光照不对称都会引起谐波污染。并网光伏发电站在晴转多云天气的实测电流谐波畸变率曲线，可见在出力较小的凌晨和傍晚时电流谐波畸变率较大，中午多云时电流谐波畸变率也有所突增。

5结语 综上所述，新能源发电对于电网运行造成了多方面的影响，在一定程度上阻碍了新能源发展步伐。新能源发电作为新能源的一种形式，具有良好的发展前景。在未来我国还应该积极探讨新能源下电玩规划的有效措施，进一步提升我国电力能源的应用水平。 参考文献： [1]赵宏.电网规划设计的关键问题与技术分析[J].中国高新区，2018，（13）：172. [2]张红宇.新能源发展的电网规划关键技术研究[J].科技风，2019，（26）：167. [3]杨恒刚.城市电网规划设计的关键技术分析[J].科技视界，2017，（28）：130，144.