新能源发电并网对电网电能质量的影响

杜芳 樊毅 李鹏云

摘 要：近年来，由于电力需求缺口不断扩大，火力发电方式已不能满足人们生活和生产的电力需求。除了突破发电技术，在充分利用其清洁和可再生能源技术优势的同时，在一定程度上彻底解决电力需求问题并改善生态环境，实现社会经济的可持续发展。然而，如今新能源发电技术还不是很成熟，尤其是在并网期间，对整体电能质量的影响更为深远。文章通过分析新能源发电并网对电网电能质量的影响，提出具体解决方案，以期全面提高电网电能质量。

关键词：新能源发电并网;电网电能质量;影响

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）10--02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.060

目前，在时代与科学技术不断进步的同时，我国电力事业迎来了发展高峰期，这也使人们对电网质量与安全也提出了更高的要求。随着国家对电能需求的不断增大，单纯依靠化石燃料进行燃烧发电已经不能满足日益增长的用电需要，风力发电和光伏发电等一些新能源技术已经成为目前最有潜力的可再生能源发电技术。由于新能源具有分布范围广及分布不均匀的特点，导致新能源并网发电系统在实际运行过程中存在不稳定性、间断性，不利于发电系统正常工作。如何正确采取可行的质量控制措施，确保在最大电能产出的基础上，消除这些负面影响和正影响才是电网系统电能利用质量的根本问题，受到了越来越多从业者的关注[1]。

21世纪以来，我国传统能源发电占比逐年下降，新能源发电占比逐年上升，但新能源发电受到许多因素的影响，因此，将新能源发电并入电网是一项艰巨的任务，要从新能源发电并网系统的方面出发，分析新能源发电对电网电能质量造成影响的因素。新能源发电系统并网时，经常采用电力电子设备，会不可避免地会产生电压和电流谐波，使变频器产生额外的谐波电流，从而在很大程度上影响频率的波动和电源的稳定性。新能源发电站的使用在某种角度上会对电网的电能质量产生较为深远的影响，落实新能源发电并网对电网电能质量影响的分析，是确保我国电力网络运行稳定性的基础前提。但是，新能源发电就目前技术来说还不够完善，在发电并网过程中对整体电能质量会产生一定的影响。因此，科研工作者应积极探索新能源发电模式，利用其无污染、可再生等优势，在解决人们用电需要的同时改善生态环境。

1 新能源电网连接的类型和特点分析

1.1 特点

与传统能源相比，新能源发电技术具有一定的优势，尤其是在清洁环保、低碳排放和可持续再生方面，但是，新能源发电技术受自然条件的影响很大，仍然存在一些问题。以风力发电为例，风力发电在很大程度上弥补了工业用电和生活用电的缺口，但是一旦遇到特殊的天气条件或季节性风等情况，发电设备可能会出现难以满负荷运转的情况，导致公共电网产生大量能量缺口，使生产生活受到严重影响。

1.2 类型

随着科技水平不断提高，人们在自然环境中发现了多种可以用于发电的清洁可再生能源，其中，风能、水能、潮汐能、太阳能、生物能和核能发电是目前清洁能源的主流。开发新能源需要其具备两个特点，一是能源的清洁型，二是能源的可持续利用性。总体来看，太阳能、风能比较依赖天气状况，具有不确定性，潮汐能受到各种自然条件的制约，核能则具有一定的危险性，因此，目前人类对于清洁能源的掌握还不是特别牢靠，仍需要大量科研工作者的努力[2]。

1.3 目前我国新能源并网发电现状

《国家电网有限公司服务新能源发展报告2020》显示，截至2019年年底，我国新能源累计装机容量突破4亿kW，占全球的34%，而且还在急剧增加。在我国的能源规划中，基本三十年内将新能源的使用达到能源总利用的50%。在这些新能源利用的增量中，最主要的两种能源就是风能和太阳能，虽然储量极大，但风能、太阳能的发电具有不稳定性，导致新能源并电网会出现一些问题，不能直接接入传统的电力系统，会造成成本增加。

2 新能源并网对电网电能质量的影响

2.1 电网频率的影响

传统的电力系统在正常运行期间，发生异常和高频率干扰事件的潜在风险很小。但是根据去年并网大型光伏电站的运行频率波动变化统计数据，当并网光伏电站的装机容量变化较小时，可以选择允许多个发电机组同时或分别进行开、关操作。如果新能源水力电站的设计发电量在水力电网建设总量规模中的占比逐渐增加，新能源电站发电机组所输出的频率随机性将大大提高，尤其是在0.01 Hz～1.0 Hz的情况下，整个水力电网系统的输出频率都会发生较大波动，将对电力系统发展产生非常不利的影响。

2.2 发电间歇性和波动性影响

结合当前的实际经营情况，大多数新能源光伏发电经营方式一般都有价格波动性大、间歇性大等技术上的缺陷。以我国风力发电周期为例，风力发电具有强烈的资源不确定性和周期季节性，因此风力为主的变电站发电的不稳定性很强，在一定时期内并网发电会对电能的整体质量产生极其不利的影响。同时，新能源发电并网控制困难，控制措施相对复杂，在特定的控制周期可能产生电击，导致电源偏差或闪烁故障[3]。

2.3 谐波对电能质量的影响

在新能源并网中，谐波是影响电力质量的主要原因之一。由于风能及太阳能的不稳定性与间歇性，在发电过程中很容易产生谐波，谐波对新能源发电系统的破坏性是非常大的，容易造成发电系统失控，引发安全事故，导致发电系统瘫痪，出现大范围的停电现象。

2.4 孤岛现象的影响

孤岛现象是电力系统出现故障时的一种现象，具有极强的破坏性和危险性。在电网电压缺失时，新能源发电系统与电网接入的部分就会产生局部的闭合电路，孤岛现象随之产生，带来严重的不可控制性，电网的调节和管理无法发挥作用。如果孤岛中的供电超过电力设备的限额，会对电力设备产生极大的损害，工作人员检修设备时甚至会面临触电的风险。所以，在新能源并网构建中，如何科学有效避免孤岛现象是工作人员必须考虑的问题。

隔离会使电网中的电压和频率出现动态波动，当电压和频率的波动空间超过电网的安全范围时，会影响设备的安全使用。在孤岛的情况下，电路系统会出现自动跳闸，负载容量也会发生变化。当容量超过指定范围时，传送带中将有超速负载，导致逆变器温度过高，并相应地引起着火现象，危及维修人员的生命安全。

3 新能源发电并网对电网质量的改进措施

目前，新能源电网发展时间尚短，新能源发电技术还不完善和成熟，相关法规和政策也有待完善。新能源发电的波动和间歇性是由自然因素决定的，即使不能改变原始的自然条件，也可以通过改进发电设备等弥补技术缺陷。因此，在实际生产过程中，地方政府和有关部门必须强化调试并网的新能源设备，使其适应电网技术和性能条件，并在整体电网的基础上增强电网动力。要调整电网和输电峰值容量，进一步提高波动性和间歇性电力的总体接受水平。同时，新能源发电系统应兼顾无功调节和有功调节的双重功能，最大程度地降低新能源波动对整体电能质量的影响[4]。

4 结语

长期以来，可再生热量能源技术被认为是一项具有很大市场发展潜力的关键技术创新项目，特别是用于风力发电、光伏水力发电等分布式风力发电关键技术，在满足我国电力行业总体发展需求中一直占有主导地位，并发挥着重要的作用。因此，有必要通过技术进步和设备研发，排除影响电网稳定性的不利因素，实现新能源电力的大规模应用。文章通过深入研究和讨论，明确了目前新能源利用的可靠性和缺陷，经过并网发电处理后，其电网的生产质量将受到不同程度的影响，通过一系列措施操作，逐一突破新能源的不足，加快代替传统能源的步伐，推动实现可持续发展的目的。

参考文献

[1] 徐潜，唐凌云，李西.新能源发电并网对电网电能质量的影响[J].集成电路应用，2020，37（9）：138-139.

[2] 洪楠.论新能源发电并网对电网电能质量的影响研究[J].科技风，2020（23）：139.

[3] 张朝晖.新能源发电并网对电网电能质量的影响分析[J].装饰装修天地，2018（24）：375.

[4] 何德良，賈宏伟.浅析并网光伏发电系统对电网电能质量的影响[J].电子产品世界，2018，25（12）：81-82，74.