新能源接入对电网运行影响分析

国网南通供电公司 黄 晔 李 一

分布式发电是借助新能源进行的发电，和传统的发电方式特点截然相反，没有很集中、功率也不是很大。在利用新能源进行发电时既存在着一定的优势，也有在所难免的弊端。

光伏发电是借助于半导体材料使光能和电能间通过特定的效应实现两者间的转换，优势是对环境不会产生负面影响，对于不可再生石化能源的消耗为零，在任何地方都可以进行光电转换；弊端是所投入的成本和电能转化效率不易控制，在短时间里光能被转化为电能的速率慢且量少。

风力发电是相关的机械在自然风吹动的作用下产生动态变化，继而电能就可以通过机械能转换得到。风力发电的优势是无污染、洁净，取之不尽用之不竭；弊端是稳定性得不到保障，还有受地域影响比较严重，不同地域风分布以及大小不同。此外还有很多新型洁净的能源，像海洋能、生物质能、沼气等都可以用来发电，但国内对于一些新能源的研究还处于起步阶段，所以这些新能源在发电中还暂时得不到普及。

1 新能源发电接入对电网的影响分析

1.1 对配电网评估指标的影响

1.1.1 短路电流

在电网和分布式电源的连接处会放置逆功率继电器，其功能是感应电流的方向，在发生电流逆流时及时将两者断开，使其不会受到影响。一般在所有的部位都维持正常功能时，电网主网是接收不到逆流功率的，但发生故障时其产生的电流就会发生逆向流动，且流动方向是主网向分布式电源，因此会影响到相关开关的动作值。所以为使电网能正常供电，在分布式电源功率高于额定值时，就要对其短路水平进行测试，若和电网主网连接的分布式电源所承受的电流有限，还要考虑分布式电源故障处的电流值，新能源接入配电网对短路电流的影响有固定的体现点，就是电网线路源节点处[1]。短路电流值是被控制在一定的范围内的。只有这样，在发生线路故障时源节点处的开关才能正常断开。

1.1.2 电能质量

分为电压合格率、谐波以及三相不平衡，其中电压合格率是指在一定的期间内对电压进行测定，然后将合格电压所保持的时间和总检测试件相比。电网在运行时电压会发生变化，这是因为分布式电源作为传统集中式发电模式的补充，在接入电网时会产生大量的功率，这就造成了电网分支线路的无功功率超过极限值，就会使电压超大，降低了电压的合格率。谐波产生的源头就是分布式电源，因为这种电源给配电网提供的电流是电子设备不能直接利用的直流，需相关的直交流转换器将其转换为交流。这个转换过程会使电压、电流的波形不能保持原来的形态，所以谐波电流就产生了。三相不平衡指的是系统中的三相电压不平衡，也就是电网中的三相负荷不平衡，这也是分布式电源引起的，将其接入低电压电网中会使电网中的负载呈现单相状态，继而不能使电网保持正常的工作状态。

1.1.3 可靠性

新能源在稳定的光照和风力条件下才能使分布式电源正常运行。但在实际中新能源是否发挥作用却受到整个电网运行的影响，如分布式电源处于非正常工作状态，这就使配电网的供电处于非稳定状态。另一方面，配电网中经常会出现电流不能顺畅地到达输出终端或线路承载达到极限的问题，最终会影响电网的使用周期，而分布式电源则有效解决了这个问题。提高电网可靠性的做法就是对新能源进行处理，使电网的电压随着故障做出相应的调整，使其不会影响电网的稳定性，且新能源功能的发挥也不再受燃料限制，可以在系统不正常供电时仍能使分布式电源正常为电网供电。

1.1.4 网损

分布式电源接入配电网的位置不是一定的。如是在负荷附近，就要考虑分布式新能源发挥作用的大小与接入点荷载大小，并对它们进行比较，根据结果判断新能源对配电网产生的影响是否有利。若前者小于后者则影响是有利的；若前者大于后者中的一个任意接入点负荷、但小于后者总体负荷，影响总体是有利的、但对接入点周围的配电网影响是不利的；若前者总体大于后者、只是前者的一半是不小于后者的，影响则是不利的。

1.1.5 线路负载率

是检验电路利用率及电能传递效率的参考依据。一方面，如此值较低就证明电路中的容量还未达到饱和状态，电路就没有得到有效利用；另一方面，提高系统潮流的调度能力，电线就不会因达到承受极限而出现使用周期缩短的问题，也能使电能流动较畅通[2]。

1.2 对电能质量产生的影响

在电力系统方面，最主要的目的就是为给客户带来较高质量的电能。电能质量涉及到电流质量与电压质量等有关问题。电能质量严重影响着电网、发电以及用电有关设备的使用情况、工作效率与使用时间等，有可能还会影响到电力企业的经济利益。大量接入各种新能源会严重影响到电力系统的电能质量。如，风力发电机组所拥有的波动性会导致电网产生畸变率以及电压波动等一些问题。可在逐步提高风力发电技术的同时，也就不断完善与优化了风力发电机组，从而不断提高了电能质量。

此外，有效应用无功电压支撑设备及电力滤波设备能有效地处理电力系统中出现的一些问题，提高电能质量。电能质量的提升主要在于新能源使用对电力系统电能质量产生的影响实施定性分析，还要制定与完善电能质量的任务，科学评价新能源并网的电能质量，根据实际情况作为依据做出比较有针对性的准入标准。

1.3 对电网功率产生的影响

针对电网运行而言，电网功率平衡问题关系着其是否可以安全有效的运行。新能源在使用前，通过调整发电机等元件来达到电网发电功率的平衡；在新能源使用后，由于大规模新能源接入电网，造成发电机组中出现调节功能方面问题，使其功率平衡的调整变得更为复杂。如风能发电，由于稳定性不足，所以在发电时会出现一些波动问题，也就会与电网自身的设备发生冲突，特别是夜间会造成电网电压比较不稳，从而对整个系统的功率平衡问题产生一定的影响。

1.4 对电网安全性产生的影响

电网与风力发电系统线路连接会出现双向电流，会影响到电网的安全控制。有风时电网和风力发电机组保持连接，如风速一直在变化，频繁的改变风力发电机组会破坏接触器。要是只使风力发电机组短时间运行，会让电网与风力发电机组的连接线出现双向电路，也就对电网的继电器有了很大的要求。因异步发电机未有独立的励磁设备，出现短路故障后在电路中只能出现非常小的电流。在风力发电技术中的一个难点问题，是出现电路故障后测量出微小电流来判定电路故障发生的位置，让保护设备能第一时间发出警报，也就对保护设备的灵敏性有了较大的要求。

1.5 其他影响

对电网潮流产生的影响。在电网中大规模的接入新能源后，因新能源有着很大的波动性与随机性，因此会对电网潮流产生影响，将多元化功率加入整个电网潮流，电力系统的有功分布和无功分布规律也就会非常不稳定，对电网损耗的监控会产生一定影响。同时由于在电网中接入新能源的方法和规模不一样，因此电网产生的损耗也不一样，为降低电网运行中电能损耗，当前最需要处理的问题是：要构建风电与光伏发电电潮流接入概率模型；要分析和计算潮流概率模型的构建；要对不同接入时间点、不同接入地点的网损与不同接入容量方面的网损进行比较；要重点重视概率潮流的安全校核问题。

对继电保护的影响主要有三方面：使原有保护不能发挥正常功能。在发生故障时保护装置会在第一时间发挥作用，但有个前提，就是使线路电流大小能为保护装置所满足，但分布是新能源的接入使线路电流随着潮流减小而减小；不仅会使故障处的保护装置失去作用，还会使电流流过的正常线路出现保护装置发生错误动作；控制潮流的方向很重要，所以就需投入大量资金对线路进行相关装置的设置，这样就增加了成本[3]。

对配网规划、负荷预测及调度的影响主要有三方面：对配电网规划的影响。使其预测的负荷不再准确，但也有积极影响，会使设备得到有效利用，减少了相关成本的投入；对短期负荷预测的影响。新能源的接入使其预测过程受到很多因素的影响，所以预测结果不理想，就不能使输送的电能达到预期效果；对电网调度的影响。新能源的接入使潮流信息收集的准确性降低，就不能对电网进行有效控制和管理，所以电网的调度也会受到挑战。

2 新能源发展的电网规划关键技术分析

2.1 风力发电技术

在风力发电系统方面。在有效应用电力电子背靠背变频技术后，有效调节了发电功率，从而使电磁转矩控制机组安全可靠的转动，并合理调节了转速；在定桨距异步风力发电机组并网的控制方面。科学合理进行并网可高效对并网时产生的冲击电流展开合理的控制，从而可有更加科学有效的风力发电效果；在定桨距异步风力发电机组的具体状况方面。此机组通常使用异步感应发电机展开有关发电工作，此风力发电机组的发电机励磁自身则是无功的，则需汲取与吸收外界自然环境的。此风力发电机组使用软并网设备，且在具体应用中还不可以调节其内在的叶轮节距角。在应用定桨距异步风力发电机组时，风速超过额定风速以后要根据具体情况选择其他保护措施，保证新能源发电的具体情况可达到社会发展所需。

在定桨距异步风力发电机组软并网方面。此发电机组软并网的主要装置通常使用750kW异步发电机，保证可以达到35kV[4]。此发电机组软并网可有效控制并网时的冲击电流，并逐步打开转速一定的双向晶闸管导通角，软并网开启时吸取的有功与无功比较小，根据有关研究表明，软并网开启时冲击电流大约为三倍，在一定范围内小于直接并网的冲击电流，所以有着更好的应用性。

2.2 太阳能光伏发电技术

在我国的发展中太阳能光伏发电技术已经取得了一定成绩，在应用过程中也还要一定的技术帮助，就现阶段的技术而言，在电力系统中应用太阳能光伏发电技术通常包含三种结构形式：独立户用型、并网和独立型。

并网型要很大的场地，对整个太阳能光伏系统也提出了很高要求，在通过收集电压电流以满足供电效果。独立型通常用于居民房顶或建筑物楼顶，不仅能达到人们的日常用电量，还能产生更多的电力输送到电网系统。并网和独立型相结合一般是用于控制电压源头，以实现切换效果。在具体应用时，太阳能光伏发电中比较大的一个问题是怎样保证控制好电能质量。目前，我国电网技术有关人员采用波频率的形式对滤波器设备进行完善与优化，并通过分析与评价群控技术，然后实现控制电力系统谐波电流参数的效果。现阶段，在应用太阳能光伏发电时一定要对安全防护设备加强重视，还要有效掌握接入式改变电力系统的方法，以免在此期间因设备熔断或断路器设备发生安全故障引起运行问题，保证具有安全稳定的电力系统。

3 结语

我国在不断地发展新能源发电技术，提高能源的安全水平，有利于环境保护。对当前我国有关技术的研究表明，新能源发电技术已有了很大的成果，可以安全地把生产的电力输送至电力系统。可是在电网中大量的新能源接入产生了一些问题需要及时进行处理，由于新能源基地通常都是建立在较为偏远的区域，其环境也是比较差和复杂的，致使新能源传输网络也比较差。因此，与其他发展国家相比我国新能源发电基地地理环境条件有很大的差距，这时就会因新能源发电技术的发展与大量的应用为电力系统的预测、评价以及规划带来很大的不确定因素。所以，对新能源发展的电网规划关键技术进行分析非常重要。