新能源发电与电能质量问题浅析

2014-02-12赵志刚

通信电源技术 2014年5期

沈洋，赵志刚

（沈阳工程学院电力学院，辽宁沈阳110136）

1 新能源发电的概述

发展新能源、加强环境保护成为世界各国的重要发展战略［1］。世界各大经济体都纷纷推出了新能源的发展规划，以新动力来促进世界的经济发展。将新能源即可再生资源进行转化，如，太阳能、风能、水能等资源转化为电能或清洁的燃料，再应用电力技术将一次能源转换为高效清洁、运输使用方便的二次能源供人们使用，并通过不断改进新能源，来控制环境污染现象。

2 新能源发电的工作原理以及发电机的结构

2．1 风力发电的工作原理以及发电机结构

风能是大自然的能源，是取之不尽、用之不竭的能源，利用风能发电可以避免能源枯竭的危机。风能主要是利用风力带动风轮转动，将风能转变为机械能，在风轮轴的带动下将机械能转换为电能，实现风力发电。风力发电机主要由风轮、调向器、限速的安全机构、发电机、塔架、储存能源的装置等组成［2］。

风力发电机种类很多，如，横轴式三叶片风轮发电机。该风力发电机在大型风力发电厂应用极为广泛，其风轮转动速度较为缓慢，而且发电机是采用福鼎的速度转动实现能源转换的，主要有两种转速，风力较强的时候，转动速度为高速，风力较弱的时候，转动速度为低速。这种大型的定速风力发电机主要采用感应式异步发电机的结构，能直接产生配网用电频率的交流电。除此之外，还有很多风力发电机是变速的，变速风力发电机的结构主要是利用风轮能转动再通过变速箱传送至机舱的风力发电机，而且变速风力发电机的动力效率大多改善过，直接提升了风力发电机的运行效率，产生更多的电力能源，而且，在弱风下风力发电机的噪声会更低，将产生的电力能源通过变压器的升压作用，供配电网供电，为人们提供电能［3］。

2．2 太阳能发电的工作原理以及发电机结构

相比风能来说，太阳能更具持久性。目前，太阳能发电中主要有光热发电和光伏发电，相比之下光伏发电更有发展空间。正常情况下太阳能发电很少使用光热发电，大多都采用光伏发电，如使用极其广泛的太阳能电池。太阳能电池在受到太阳光照射后，电子将会由正电极向负电极移动，而空穴也将会由负电极向正电极移动，从而形成电流，实现发电的作用。太阳能发电系统主要由太阳能电池板、蓄电池、控制器以及逆变器等部分组成。

太阳能发电是利用太阳能电池板来接收太阳光而产生电能的，然后将产生的电能存入蓄电池中，这时逆变器将直流电转变成交流电，从而实现对电器供电，或是将产生的交流电直接输送到配电网中实现对人们供电。

3 新能源发电的电能质量问题

3．1 谐波问题

新能源发电中产生的谐波主要有发电机自身的配备、发电机并联补偿电容器与线路电抗之间发生的谐波电流，谐波电流对电能的质量造成严重的影响，甚至会引发电能事故。谐波不是固定的，是随着用电环境变化的，而且，再加上配电网的复杂性，很有可能将谐波电流放大产生谐振，对电力系统造成极大的损害。

3．2 闪变的问题

在当今的风力发电系统中，大多都是采用软并网方式的发电机组，在发电机组启动过程中会产生大量的冲击电流，造成电力系统闪变的问题。当实际的风速超出限定的风速时，风力发电机自动运行，如果所有风力发电机同时动作，对配电网产生的冲击就会非常明显，使得电网出现闪变的问题。

4 新能源发电电能质量问题的控制措施

4．1 谐波的抑制措施

谐波问题不仅对电场造成极大的危害，还对电力系统造成严重的影响，因此，应做好新能源发电中谐波电流的控制。当发电厂利用电力电子转换器发电机组时，要做好对电场注入系统的谐波电流相应的抑制措施，谐波注入电流需要满足公共电网谐波（GB／T145149）的要求。在发电厂向配电网中注入谐波电流时，需要参考发电厂装机的容量与供电公共连接点上的谐波源发电和供电设备的总容量的比值进行相应的分配，这样才能有效地控制新能源发电出现的谐波问题。另外，在使用新能源发电的过程中，要尽量避免采用单一的发电机，这样会使局部谐波电压过高而对发电系统造成一定的威胁。要尽量采用不同种类型的发电机进行混合配置，以有效对谐波电流进行控制，促进新能源发电的安全有效运行。

4．2 闪变问题的控制措施

风力发电厂出现的闪变问题也会对电网造成极其严重的影响，因此，要针对风力发电厂的闪变问题做好相关的控制措施。首先，风力发电厂接入的公共连接点处的闪变干扰值必须满足电能质量、电压允许波动和闪变（GB12326－2000）的要求，而且，风力发电厂由于发电所引起的短时间和长时间的闪变值，必须按照风力发电厂装机的总容量与供电公共连接点干扰源的总容量之间的比值进行相应的分配，这样才能有效地控制发电中出现的闪变问题。

5 新能源发电的发展趋势

5．1 风力发电的发展趋势

在新能源发电中，风力发电是主要新能源之一，占新能源发电的比重较大。2000年，全世界的风力发电装机容量大概只有8 000 MW，到2010年全世界的风力发电装机容量达到100 GW，到2013年全世界的风力发电装机容量已达到310 GW。通过对近几十年全世界风力发电装机容量的分析，预计在未来的20年里它将会以每年30%的装机容量递增。2013年，我国的风力发电装机容量已达到4 900 MW，新能源风力发电为我国电力事业做出了巨大的贡献，更为人们日常生活、生产以及工作创造了更多的电力能源。预计在未来的几年里，我国的风力发电装机容量将会以现有的20%递增，到2020年风力发电装机容量预计能增长140%。

5．2 太阳能发电的发展趋势

太阳能与风能一样都是世界新能源之一。相比之下太阳能发电要比风力发电应用更广泛。风力发电大多数都用于发电厂，而太阳能发电不仅局限在发电厂，同时还通过高科技研发出太阳能电池，被人们广泛应用。尤其是美国推出光伏计划以及日本推出新能源计划以来，太阳能发电的发展更为迅速。2013年，全世界太阳能光伏发电装机容量已达到48 GW，预计到2020年，全世界光伏发电装机容量将突破220 GW。2013年，我国太阳能光伏发电装机容量也已达到2 400 MW，预计到2020年我国太阳能光伏发电装机容量将突破3 100 MW，这无疑会给我国电力事业发展做出巨大的贡献。