浅谈新能源发电并网对电网电能质量的影响及解决方案
时间：2024-07-03 阅读：226
安科瑞 陈聪
摘要：分析新能源发电趋势，从电网电压、电网频率、电网谐波等方面出发，阐述新能源发电并网对电网电能质量的影响，电网电能质量下降的危害及其处理措施。
关键词：新能源发电；并网；电能质量
0引言
当前，社会经济发展对能源资源需求不断增加，为减少对传统化石能源的依赖，在新能源研究推广方面投入了大量资金，并取得了一定的成效。目前，我国新能源发电并网规模持续扩大，由此也暴露了一些问题，如新能源发电并网占比增大后，电网运行稳定性受到影响，电能质量下降，如何解决此类问题直接关系到新能源发电技术的未来进一步推广运用。
1新能源的发电状况
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根据新统计数据显示，我国新能源发电一直保持平稳增长，截至2019年年底，我国新能源发电装机容量4.1×108kW。预计2030年、2050年我国新能源装机将分别达到1.15×109kW、2.80×109kW，占全国电源总装机的比重提升至40%、53%。2019年我国三北地区（华北、东北、西北）风电装机容量1.27×108kW；8个省级电力公司经营区风电装机均超过1×107kW，依次为新疆、冀北、甘肃、山东、山西、宁夏、蒙东、江苏。三北地区太阳能发电累计装机容量为1.03×108kW；8个省（自治区）太阳能发电装机超过1×107kW，依次为山东、江苏、浙江、安徽、青海、河南、新疆、山西。
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近些年，我国新能源消纳水平不断提高，但是新能源发电并网也存在一些问题需要解决，如：新能源发电出力不稳、随机波动，给电网规划建设、运行管理带来了巨大的压力。结合实践分析可知，新能源发电并网对电网电能质量必将差生巨大影响，对此必须加强相关研究，提出可靠的处理方案，在不断提高新能源发电利用率的同事，保证电网稳定、可靠运行。
2 新能源发电并网对电网电能质量的影响
2.1对电网电压的影响
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馈线稳态电压。当前我国电力系统主要是采用投切电容器、改变有载调压变压器分接头的方式实现调压。新能源发电并网规模增大后，其功率波动性影响变大，造成整个电网电压调节难度增大，原有调压方案往往无法满足电网实际运行要求。如图1所示即为新能源发电并网前后馈线电压的变化情况，由图分析可知，并网后馈线后端节点的电压将越限，对此必须要根据并网情况合理改进调压方案。
（2）电压波动、闪变。新能源电站输出功率波动，是影响电压波动、闪变的直接因素。如风速变化影响风电场输出功率，需根据实际情况合理选用变速风电机组、恒速风电机组，减小电压瞬变；光照强度、温度波动变化，也会导致电站输出功率出现变化。当新能源发电并网的电网短路容量大，则表明区域电网坚强，相应的并网后引发的电压波动、闪变均较小，若是电网较为薄弱，必须合理规划并网点、电压等级。
图1新能源发电并网前后馈线电压
2.2对电网频率的影响
如图2所示，当新能源在电网中占比较小时，对电网频率影响较小，而随着新能源发电量在电网占比的增大，容易造成电网内频率波动，直接影响电能质量。对此，必须加强新能源发电出力波动性、间歇性分析，将电网运行调度与新能源发电电功率预测相结合。
图2新能源发电穿透功率较小时电网频率变化
2.3对电网谐波的影响
我国新能源并网主要以光伏发电站、风电场为主，其在谐波方面的影响如下：（1）并网光伏电站运行时，光照变化会导致光伏电站输出功率出现波动间歇变化、引发谐波污染。（2）风电场并网谐波主要来源机组电力电子装置、风电场并联补偿电容器与线路电抗谐振作用。
3电网电能质量下降的危害与处理措施
大量新能源发电并网极易导致电网电能质量下降，采取合理的处理措施具有重要意义，为我国新能源电力发展奠定坚实的基础。
3.1电网电能质量下降的危害
电网电能质量下降的危害主要表现在以下几个方面：（1）电压暂降、偏差：电网运行中电压暂降、偏差情况的出现，极易导致一些设备无法正常运行，如：自动化控制装置误动、系统失灵等，甚至出现长时间无法正常工作的情况，引发严重的后果。（2）电压波动、闪变：常见问题有灯光闪烁、电视机亮度频繁变化、生产线无法正常工作等。（3）谐波：谐波污染对电网的危害大，包括：电力线路附加损耗、谐波影响设备运行、电容器组谐振、自动装置与继电保护误动。
3.2电能质量的处理措施
针对上述问题可知，新能源发电并网对电网电能质量的影响较大，为保证我国新能源产业持续稳步发展，必须要采取以下处理措施：（1）安装电能质量调节装置。在电网运行中，改善电能质量常见的方法就是安装动态无功补偿装置，快速调节无功功率，保证电网电压稳定。动态无功补偿器的主要安装位置为新能源出口低压侧，根据接入点电压偏差量控制所补偿的无功，稳定接入点电压。针对新能源并网导致的谐波问题，可安装多脉冲换流器、电力滤波器，有效吸收谐波电流，保证电网稳定运行。其中，光伏电站并网，可采用多功能逆变器，使得光伏电站逆变器兼具滤波功能；风力发电场，可在谐波水平较高母线上安装静止无功补偿器，综合滤除谐波。（2）采用超级电容器改善电能质量。超级电容器作为一种储能装置，可有效控制电网有功、无功功率，改善电网电能质量。从超级电容器自身性能分析来看，其功率密度高、充电速度快，可有效解决瞬时停电、电压暂降/骤升等问题，平滑电压波动。
此外，为应对未来新能源发电并网规模的持续扩大，应从电网结构入手，通过改善电网结构、合理选用线路电抗/电阻之比，有效抑制并网引发的电压波动、闪变问题；同时新能源技术方面，还需不断革新，切实减少机组启停次数、减小输出功率变化情况，切实保证电网系统的稳定运行。
4安科瑞产品选型
| 名称 | 型号 | 图片 | 功能 |
| 电能质量在线监测装置 | APView500 |
| 16 路交流电压/电流通道，16 路可编程无源继电器出口、22 路有源开关量输入通道，2路 RS485 接口，4 路以太网接口； 1 路 GPS 对时接口，支持 IRIG-B 对时方式；1 路 RS232 接口； 1路USB接口 |
| 电能质量监测仪表 | APM830 |
| 网络：三相三线，三相四线 功能：全电量测量、电能统计、电能质量分析、录波功能、事件记录功能 精度：0.5S级 |
| 多功能网络电力仪表 | APM520 |
| 具有三相(I、U、kW、kyar、kWh、kvarh、Hz、cas中)、电能统计、电能质 量分析(包括谐波、间谐波、闪变)、故障录波功能(包括电压暂升暂降中断、冲击电流等记录)、事件记录功能及网络通讯等功能，主要用于电网供电质量的综合监控。该系列仪表配有功能丰富的DI/DO模块、A0模 块、无线通讯模块、漏电测温模块，可以灵活实现电气回路全电量测量及开关状态监控 |
| 有源谐波治理系统 | AnSin/🞎-G Ⅰ型 |
| 采用DSP+FPGA全数字控制方式，并联在系统中，兼补谐波和无功； 兼补谐波和无功，可对2～51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿； 具备完善的桥臂过流、直流过压保护、装置过温保护功能； 具备超前和滞后的功率因数校正功能； 具备动态过温降载功能； 有源谐波治理系统除作为本地终端为用户提供电能质量监测、治理与设备运维等功能外，亦可通过接入AcrelEMS企业微电网能效管理平台，为用户提供远程在线服务。 |
| 有源无功补偿系统 | AnCos/🞎-G Ⅰ型 |
| 具备无功功率线性补偿、三相电流平衡治理和稳定电压的功能，同时可滤除5、7、11、13次以内的谐波； 具备自动检测运行、测量监视和定值设定功能； 具备智能散热和无极调速的功能； 具备动态扩容功能，支持插拔，方便更换； 具备过压切除、过压闭锁、欠压切除、超温告警等保护功能； 有源无功补偿系统配备有数据处理与分析平台，通过对采集到的用户现场数据与补偿设备补偿算法相结合，为用户提供定制化的电能质量治理服务。 |
| 混合动态谐波无功补偿系统 | AnCos/🞎-G Ⅰ型 |
| 核心元器件IGBT选用英飞凌等进口**品牌，响应时间快，精度高、运行稳定； 采用全数字、模块化控制方式，采用DSP＋FPGA高速检测和运算的数字控制系统监控及显示系统； 同时具备谐波治理、无功功率线性补偿与三相电流平衡治理和稳定电压的功能； 谐波补偿次数：2-51次，可对2次～31次谐波电流进行全补偿，或仅对谐波进行补偿； 具备远程通讯接口功能，并可通过PC机进行实时监控； 分层式系统设计，三层系统各自独立且相互耦合。基于谷歌Flutter框架构建的遥信、遥控软件平台，具备远程服务与数据处理功能，并支持IOS、安卓、PC多平台交互。 |
5结束语
新能源发电技术具有清洁、可再生的特点，但是其并网后对电网电能质量存在较大的不利影响，轻则导致供电质量下降，重则直接导致相关生产工作无法正常开启。对此，必须要明确新能源发电并网对电网电压、频率、谐波等方面的影响情况，并采取针对性处理措施，保证电力系统稳定运行。
参考文献
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张伟波,潘宇超,崔志强,张卫东.我国新能源发电发展思路探析[J].中国能源,2012,34(04):26-28+41.
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[4]企业微电网设计与应用手册.2022.05版.