浅析新能源接入对电网电能质量的影响

邱一昊 徐铭

【摘  要】当前，由于新能源的特殊性以及我国在新能源方面技术能力方面还略有欠缺，这使得新能源在并网发电后对电网电能质量造成了一定影响，甚至一部分人对新能源的并网发电技术还提出质疑，这对我国新能源技术的发展产生了消极的影响，从而也严重威胁了电网系统的稳定运行。针对这些问题，必须要加大研究力度，不断完善和优化并网技术，以促进新能源发电事业的不断发展，从而以新能源向人类提供电力，保障人们的正常电力需求，进而使人们的生活质量得到不断改善。鉴于此，本文主要分析新能源接入对电网电能质量的影响。

【关键词】新能源;电网;电能质量

中图分类号：TM76    文献标识码：A

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。

1、电能质量概况

在实际的电能生产和传输过程中，由于实际电力系统设备在设计与制造等过程中，以及在工作过程中需要经受各种变工况运行，所以几乎不可能确保其处于理想的对称状态。在发电端，随着社会经济发展，光伏发电和风力发电迅猛增长，这两种新型电能受环境影响较大，稳定性差。在用户端，电气设备的多样化，经常处于不平衡运行状态，各种运行操作、外来干扰和故障实有发生。这些都是导致电能质量下降的因素，如表现在电压偏差、频率偏差、电压波动与闪变、三相不平衡等问题，严重时造成电网运行中断事故。

为了保证电网的安全运行，为用户提供安全、连续、参数合格的电能，必须加强电能质量的管理，建立完善的监测与分析系统。

（1）现场监测层：主要是通过在用户侧特定安装电能质量监测设备，实现对供电参数实时监测。（2）通讯传输层：负责将监测层设备采集的电能参数传输到服务器，主要是借助网络技术实现该目的。数据管理层：主要是对采集到的数据进行处理分析，以供控制决策使用。电能指标监测与分析系统的主要功能是进行数据采集/处理/显示、趋势曲线分析、用户权限管理及报表管理等。

2、新能源接入对电压偏差的影响

2.1、新能源并网对于馈线稳态电压影响

电网中通常都是利用投切电容器以及变动LTC的调压分接头进行电压调节的，除此之外，极少会配备其它动态无功调整装置。如果电网中所接入的新能源系统占比较大，则新能源电力系统功率的波动性会使得线路负载潮流极易产生较大波动，从而增加了电网稳定运行时电压的调节难度，致使原有调压措施可能无法达到新能源并网后电网系统对电压的需求。如图1为新能源系统未并网时其配电馈线节点1～13电压都处于限定范围之内，此刻变电系统有载调压变压器的分接头处在+4档;而在新能源电力系统并入变电站的低压侧后，因流经主变的功率降低，此时如果分接头未降低档位依然处在+5档，那么馈线的后端节点电压会越过限定值。由此可见，根据原有调压方式可能会造成用户侧的电压降低，所以在新能源系统并网发电时，对传统调压策略进行优化和改进非常必要。

2.2、新能源并网对电压闪变和波动的影响

电网系统的电压闪变与波动，是因为新能源电力系统机组的停止和开启、出力随着一次能源的波动改变、投切发电系统补偿电容器等引起。新能源波动的输出功率是造成电网系统电压闪变与波动的主要因素。风速改变是风电系统输出功率出现波动的原因，且风速湍流强度和电压的闪变、波动为正比例关系。在风电恒速定桨距机组切换时引起的电压闪变与波动比在运行持续过程中引起的电压闪变与波动要大，但对恒速变桨距机组来说正好相反。

风电系统中，通过对变速恒频机组可平稳功率波动，从而有效降低波动功率引起的电压闪变与波动，因在高风速地区与低风速地区采取的控制措施不同，使得机组运行时的出力会在不同的风速区间有着不同的特性，进而造成低风速地区风电场也会出现较大闪变。当在高风速地区时，恒速风电机组通过选择失速控制方式也能降低电压的闪变。

3、新能源接入对频率影响

频率若偏离正常范围，对用户、发电厂和系统本身都将造成很大的影响。频率是和电力系统的有功功率有关的，即有功功率直接影响着频率的变化，以一个光伏电站的为例来说明频率和有功功率的关系。

在光伏發电输出有功功率较小时，即使多台光伏机组进行投切，电网的频率在允许的50±0.2Hz范围波动，若当新能源的发电容量占电网总容量的比例逐步增大后，由于新能源发电机组出力具有一定的随机性，可导致电网的频率经常波动。

4、新能源引起的电网谐波问题

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。

为了对新能源系统与配网所承担谐波职责进行区分，按照系统与负载参数得到谐波阻抗，然后通过PCC点谐波检测电流值评估用户的谐波电压水平。针对含有新能源的电网系统，准确鉴别新能源与配网在公共接入点引起的电流电压谐波情况，对于处治与监测新能源电力系统谐波污染十分有利。

5、新能源并网会产生频率稳定性方面的问题

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。

总之，（1）综合潮流影响、稳定分析、短路电流贡献、无功电压、电能质量等多方面的分析，大量新能源接入后外送断面难以完全满足要求，且对楚雄北部的电能质量问题可能造成进一步的恶化，其他方面也会造成降低运行裕度。（2）建议政府积极引导中小水电、风电、光伏等各类电源的协调有序发展，完善适应于新能源并网相关政策，避免大规模、短时间大规模新能源的无序开发，做到电网、电源协调统一发展。（3）建议新能源并网时采用无功补偿与谐波治理成套装置的SVG，提高运行电压稳定性方面，尽可能地减少谐波产生。

参考文献：

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[2]姜飞.新型电能质量调节与故障限流复合系统关键技术研究[D].湖南大学，2016.

[3]许兴柱.微电网中的电能质量问题及谐波抑制的研究[D].辽宁工业大学，2016.

（作者单位：国网江苏省电力有限公司张家港市供电分公司）