新能源接入电网引起的电能质量问题——专访中国电力科学院电能质量专家于坤山（摘选）

新能源接入电网引起的电能质量问题
——专访中国电力科学院电能质量专家于坤山（摘选）

【专家简介】于坤山，男，1963.1生，硕士，湖南临澧人，教授级高工。1994年被批准享受国务院政府特殊津贴的专家，1999年获得人事部有突出贡献的中青年专家称号和首届中国电机工程青年科技奖。电力行业电能质量及柔性输电标准化技术委员会副主任委员。现任输配电及节电技术国家工程研究中心总工程师、中国电力科学研究院电力电子研究所所长。

记者：于总，您好！非常感谢您在百忙之中就电能质量的有关问题接受我们的采访。新能源是目前比较热点的话题，能否请您谈谈这方面的情况？

于坤山：新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源，其中太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能又称为可再生能源。随着技术进步、节能环保和可持续发展观念的建立，过去一直被视作垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识，作为一种能源资源化利用的物质而得到深入研究和开发利用，因此，废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。

相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。面对石油、煤矿等资源将加速减少的趋势，核能、风能、太阳能等新能源将成为主要能源。

记者：在所有新能源中，目前已进入工业应用并对电网产生冲击和影响电能质量的新能源发电型式主要是什么？

于坤山：在所有新能源中，目前已进入工业应用并对电网产生冲击和影响电能质量的新能源发电型式主要为：风力发电和太阳能发电。

一、风电接入对电网的影响主要表现在以下几个方面：

(1)风况对并网风电机组引起的电压波动和闪变影响很大，尤其是平均风速和湍流强度的变化。

(2)随着风速的增大，风电机组产生的电压波动和闪变也不断增大。当风速达到额定风速并持续增大时，恒速风电机组产生的电压波动和闪变继续增大，而变速风电机组因为能够平滑输出功率的波动，产生的电压波动和闪变则减小 。

(3)湍流强度对电压波动和闪变的影响较大，两者几乎成正比例增长关系。

(4)在塔影、风剪切和有限的桨距调节范围的联合作用下，恒速变桨距风电机组持续运行过程中的功率波动幅值非常大，从而产生较大的电压波动和闪变。恒速变桨距风电机组可以控制叶轮转矩，启动时产生的电压波动和闪变比较小。

(5)恒速定桨距风电机组,由于启动时无法控制叶轮转矩，而持续运行过程中的功率波动较小，所以在切换操作过程中产生的电压波动和闪变要比持续运行过程中产生的电压波动和闪变大。

(6)变速恒频风电机通过整流和逆变装置接入系统，变流器始终处于工作状态，其产生的谐波电流大小与输出功率基本呈线性关系，即与风速大小、变流器装置的设计结构及其配套安装的滤波装置、电网的短路容量等有关。

二、太阳能发电站接入对电网的影响主要表现在以下几个方面：

(1)太阳辐射变化引起的发电功率的波动，引起接入点电压的变化。

(2)采用逆变器接入电网方式，其逆变器运行中会产生一定量的高次谐波。应关注谐波对补偿电容器和用电设备的影响。

(3)对于并网运行的太阳能电站，当发电容量超过负荷需要的功率时，会出现逆向潮流，此时应关注逆向潮流的影响，并采取相应的控制和保护措施。

(4)因各种故障，发生太阳能电站所在系统与接入电网解列时，形成孤岛运行，此时应评估系统的运行能力和相应的减载、控制及保护措施，以确保系统可靠和再接入时的稳定。

记者：请您具体介绍风电并网对电网电能质量的影响？

于坤山：风力发电机组在正常运行时给电网带来电能质量影响的主要三个方面：

一：谐波

风电给系统带来谐波的途径主要有两种:一种是风力发电机本身配备的电力电子装置,可能带来谐波问题。 对于直接和电网相连的恒速风力发电机,软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连,会产生一定的谐波。

由于补偿风力发电机功率因数的并联补偿电容器也可能和系统电抗发生谐振,而造成对谐波的的放大。

图一：恒速风电机组的电流和电压波形

二：电压稳定性

大型风电场及其周围地区,常常会有电压波动大的情况。风力发电机组启动时,会产生较大的冲击电流。单台风力发电机组并网对电网电压的冲击相对较小,但并网过程至少持续一段时间后 (约几十秒)才消失。多台风力发电机组同时直接并网会造成电网电压骤降,因此多台风力发电机组的并网需分组进行,且要有一定的间隔时间。当风速超过切出风速或发生故障时,风力发电机会从额定出力状态自动退出并网状态,风力发电机组的脱网会导致电网电压的突降,而机端电容补偿装置，抬高了脱网前风电场的运行电压,脱网后引起电网电压的急剧下降。

三：频率稳定性

大型电网具有足够的备用容量和调节能力,风电接入,一般不必考虑频率稳定性问题,但是对于孤立运行的小型电网以及风电装机容量达到或超过电网装机容量的20%时，风电带来的频率偏移和稳定性问题不容忽视。

为保证电网安全稳定运行,电网正常应留有2%～3%的机组旋转备用容量。由于风电具有随机波动特性,其发电出力随风力大小变化,为保证正常供电,电网需根据并网的风电容量增加相应的旋转备用容量,风电上网越多,旋转备用容量也越多。为了保证风电机组运行的安全稳定和提高整个电网的运行经济性,必须考虑适当的应对措施，如采用风电与水火电打捆外送、采用灵活交流输电技术进行动态潮流和动态无功电压控制、采用大功率储能装置进行波动功率的快速跟踪调节等。

记者：请您具体介绍光伏发电并网对电网电能质量的影响？

于坤山：先介绍一下太阳能光伏发电系统的组成：

太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组件，光伏系统控制器，蓄电池和交直流逆变器等主要部件组成。

从光伏发电系统的组成可以看出，光伏发电系统直接与电网连接的设备就是并网逆变器。逆变器是通过功率半导体器件的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能。在电能的转换过程中，逆变器会吸收无功功率、引起谐波和直流量注入问题。现代逆变器技术，可以达到较高的功率因数（一般0.95以上），其无功功率可以通过采用无功补偿的方式予以解决。逆变器注入电网的谐波电流大小与输出功率、电网电压和运行工况等因素有关，其谐波电流的发生量和谐波的频谱都会发生变化。

记者：新能源接入电网引起的电能质量问题，如何进行改善？

于坤山：为适应未来新能源快速发展的趋势，电网和新能源发电企业需要共同应对这一挑战，电网企业需要加强电网的建设，采用先进的技术积极构建坚强的“智能电网”，以接纳更多的新能源发电电源；新能源发电企业也需要采取更先进的发电技术，最大限度的消除自身对电网的扰动，同时采用动态无功补偿、谐波治理和大容量储能技术，将新能源发电所造成的影响限制在较小的范围内。