新能源接入对电网电能质量的影响探究

王松

【摘要】当前，光伏和风力等新能源发电技术已取得了很大成就。为确保可再生新能源使用率实现最大化，对于新能源的并网发电都选择适当管控的对策以尽量确保其输出有功功率的最大。然而因新能源接入并网存在不稳定性和间歇性等特性，使得新能源接入对电网系统电能质量产生了不利影响。本文主要由对频率影响、电压影响、谐波影响和引起孤岛现象等方面研究了对电能质量的影响，通过分析可知，新能源的并网对无功功率的配置以及低压穿越都具有更高要求。

【关键词】新能源；电网电能质量；并网发电；影响

目前新能源发电主要以风能和光伏为主，由于风电场风速或光伏电站光照强度处在动态波动变化中，新能源并网发电的输出功率则存在较大随机波动，这种较大功率波动将对电网产生一定的冲击，主要对电网的电压和频率造成一定的影响。另外新能源发电系统电力电子设备使用较多，由于电力电子是非线性负荷，会产生谐波电压和谐波电流，影响电网电能质量。

1. 新能源并网引起的电能质量问题

1.1对馈线稳态电压的干扰问题

在通常情况下电力系统只是使用投切电容器，以及更改有载调节变压器中的分管接头，实现调节电压的目的，但是大多数情况下是不会安装具有其他功能的动态无功调节装置。如果在电网并入过程中，新能源的接入量比较大，因新能源发电设备功率变化的大幅波动，将对电力输送线路的负荷产生巨大波动，这样就会加剧电网运转使用中对于电压调节的困难程度，将导致原先制定的调节方式，不能适应和解决分布式新能源发电接入电网后，所产生的对电网中电压的要求。在新能源电压未和电网并入时，配电馈线所有的节点都在可以限制的过程中。一旦新能源电压并入到电网中时，就会发现主变压器的功率出现的降低，同时分接头如果还是在 ＋５档位置时，位于馈线后侧位置的电压有可能出现越限状况。

1.2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。

光伏电站输出功率会随着温度、光照等发生波动改变，一般来说，新能源发电系统接入电网的短路容量值越高，则说明此配电系统越为坚强，因波动功率和启停造成的公共连入点电压闪变波动情况则越少。为研究新能源系统功率波动造成的电压波动情况，需对新能源系统造成的电压波动与电网其它引起情况进行区分，同时，通过等效风电系统接入电网的电流源，使风电场实际测量输出电流可分解成有限的正弦波形，以此可对全网电的压波动频域进行分析，进而得到因新能源接入对电网电压波动的影响。

1.3新能源接入对谐波影响

新能源接入电网，主要有风电场与光伏发电站接入电网两种形式，对光伏电站来说，在接入电网后，因受逆变器 IGBT物理特性及其本身的脉宽调节控制特点影响，光伏电站并网运行中会引起相应的电流、电压谐波，同时由于光照强度改变（如浮云阴影影响 、自然光强度改变 、物体阴影影响等 ），使得光伏系统输出功率发生间歇性波动改变，再加上不对称光照等，都将造成谐波被污染。对风电系统来说，在其接入电网后它的谐波主要来自于：风电机组自身所配置电力电子设备会产生谐波；风电机组并联补偿电容器和线路电抗产生谐振而造成谐波。 全功率变速变频风电系统，它的电流谐波值主要由调制形式与开关频率所决定，针对定开关频率调制，会在其开关频率及其倍频附近出现峰值谐波，而变开关频率调制，则会产生很宽的整次谐波与间谐波频带。

除此之外，因电网故障不对称引起负序电压和配电网本身电压谐波，会造成新能源电力系统出现附加谐波电流，其谐波特性主要取决于变流器控制方式。 通过 PSCAD/EMTDC 对瞬时无功和有功控制与瞬时正序分量控制这两类控制措施实施电网系统故障的特征测试可知，对这两类控制措施在 t=05s产生不对称故障之后，其变流器的输出电流均产生显著谐波。

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。

1.4对电力电网频率的干扰问题

电网在通常条件下运行，很少发生频率特殊波动的现象，在新能源光伏发电中，在电站容量很小 情况下，多个机组进行投切动作时不会导致电网出现频率超限状态，如果让新能源发电容量在电网电力中，所占比重增大到一定程度时，再加上发电机组发出功率具一定的随意性，因此很容易出现电网频率波动，造成电力用户系统的故障，甚至对一些企业和个人产生较大的损害。

1.5新能源并网会产生孤岛问题

孤岛问题是因为在电网系统降压后，接入的风电机组与光伏电站依旧在向电网供电，从而对降压电网进行持续性供电，因此要充分结合本地连接负荷，确保其单独运行，以防止引起孤岛问题。

孤岛问题会造成电网系统频率、电压等的波动，在频率与电压波动范围超出安全限定值后，将对设备稳定运行造成较大影响。在孤岛事故下，电网会常常发生自动跳闸事故；同时，也可能在负荷容量中产生改变，在容量超出限定范围后，则将在便运器内引起超负载状况，进而造成逆变器的温度大幅升高，然后会引起起火等事故。此刻，逆变器维护检修人员将可能遭受重大伤害，严重时会威胁生命安全，即便再次闭合电路电闸，也将不起作用。因此，孤岛问题不但会严重威胁电网系统的安全运行，并且也将对用户人身安全造成重大隐患。

2. 对风电机组的低电压穿越及无功配置的要求

发电机组输出的有功功率、无功功率和电网的电压、频率有关，为减少电网电质量的波动，对发电机组的低电压穿越及无功配置提出了要求。并网的发电机组应具备低电压穿越能力：1)风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力；2)风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。

电压与无功功率的合理配置也是减小电压波动的关键。风电场的无功补偿装置容量总和不小于风电装机容量的50%。一是要求风电机组本身具备无功发生能力，二是在风电场低压侧装设用于补偿变压器、风电送出线路、集电线路的集中无功补偿装置。目前采用较多的是加装分组投切电容器、静止无功补偿器和静止同步补偿器，必要时加装动态无功补偿装置，要求在风电场内集中无功补偿的容量不低于风电装机容量20%。

3.结语

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。

参考文献

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