摘要：近年来，国家大力发展太阳能、风能、生物质能源等清洁可再生资源，新能源接入到原有的配电网中，改变了配电网潮流单向供电模式。由于新能源具有间歇性和不可确定性，新能源并网以后，影响到原有电网供电质量。因此，简单分析了电力质量的含义，并探讨了新能源并网造成电网电压偏差、谐波，影响到电力系统运行频率，并造成信息孤岛，影响到电力系统运行的安全性和稳定性。
关键词：新能源并网；电力系统；电能质量
中图分类号：TM721 文献标识码：A
1 引言
能源是人类社会稳定发展的重要条件，各个领域的生产与工作都离不开能源的支持，但是自然界衍生的能源产量随着开采逐渐减少，因此对新能源的开发和研究成为重点。本文以新能源发电并网为例进行分析，虽然新能源发电替代了传统的发电，但是其技术上还存在一些不成熟的因素。
2 电能质量
关于电能质量的概述，不同的国家根据自身的需求对电能质量的要求也有一定的差异。对于供电企业，电能质量指企业所提供的电能各项指标达到国家电网运行规范和技术标准的要求，为电力用户提供安全、可靠的电能；对于电力用户，电能质量指用户在用电过程中，可以确保电力不会受到扰动。一般用电压、频率和波形等指标进行衡量。对于电气设备生产商，他们生产的电力设备质量直接关系到电能质量的好坏。本文主要根据电网实际运行情况，将电能质量分为电压质量、电流质量、供电质量三个方面[1]。电压质量主要是根据电网预设电压与实际输出电压之间的偏差判断供电企业消耗的电能质量，主要包括电压偏差、三相不平衡、频率偏差、过电压、欠压、电压谐波及电压波动等内容。电流质量包括电流谐波、陷波等。供电质量包括技术和非技术两个方面，非技术方面是供电公司对电力价格、电力服务等用户投诉问题的反应速度；技术方面是电压的质量和可靠性。
3 新能源发电并网对电网电能质量产生的影响
3.1 对电网频率的影响
在新能源发电并网的过程中，如果发电站的发电量在电力系统发电量中的比例增加，那么新能源发电机组会因为其本身的不稳定而出现随机性，进而导致电网内频率出现异常波动现象。这样的情况会导致电力系统和用户本身都受到严重影响[2]。如果把风力发电厂与火力发电厂的功率波动，看作是风力发电厂与火力发电厂机组转速变化产生的波动，再针对系统频率建立一个评估模型，数据显示在火电机组自动发电系统中，0.02～10Hz的功率波动对于电网产生的影响最大。
3.2 逆变器对电能质量的影响
逆变器是光伏并网系统中最为关键的设备，具有有功调节、无功补偿、并网控制和谐波补偿等功能，逆变器的性能直接影响着光伏发电系统的整体并网性能。逆变器主回路的大功率开关管T在开通和关断时，会引起瞬时电压或电流突变，进而造成配电系统的电压、电流畸变，功率因数恶化，影响电能质量。输出中也会包含直流分量，该直流分量会对配电网中的计量仪表、变压器、电流式剩余电流断路器（RCD）等造成不利影响，如变压器磁通饱和、产生谐波和噪音，以及绝缘线路老化等。其次逆变器所选择的并网控制策略，直流侧电容的选取，输入电压的选取以及输出滤波回路L的选择都影响着电能质量。
3.3 新能源并网导致电网出现谐波
分布式电源接入到配电网时，需要大量的并网逆变器。这些逆变器采用脉宽调制控制方式，在并网时会产生大量的电流谐波。太阳能光伏发电设备和风力发电设备在运行过程中，受到光照强度、太阳照射角度、物体阴影以及风速等方面的影响，输出功率会发生一定的变化，从而导致大量的谐波。造成并网风力发电机组电网谐波出现的主要因素包括两个方面：一方面是风力发电机组并联补充的电容器和线路阻抗发生谐振产生谐波[3]；另外一方面是风力发电机组内部安装了大量的电子设备，这些电子设备在运行过程中可能产生一定谐波。
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3.4 新能源并网导致电网出现信息孤岛问题
新能源并网后，太阳能光伏发电机组和风力发电机组向配电网提供电能，因此需要将新能源发电系统和本地电网电源连接在一起，让配电网达到一个新的平衡状态，确保电网独立运行。由于新能源发电系统是功率比较小的独立电源，且不属于同一个设备生产商，所以无法实现数据信息共享。新能源系统并不受到电网调控。如果配电网提供的电能大于居民实际需求，则造成配电网空载运行，可能造成严重的浪费。如果配电网提供的电能远远小于居民的实际需求，则导致电网的负荷增大，一旦超过电网负荷的限值，逆变器的温度会迅速升高，容易发生逆变器起火，将威胁到居民用电安全。
4 电网电能质量下降而导致的危害
4.1 统一并网标准
当前我国对于新能源的入网统一标准还不够全面，对于电力系统稳定性以及新能源并网发电会产生的电能质量影响均没有完全掌握。此外，对于电网的调度以及影响电网的因素都无法做出合理的解释[4]。因此，必须要完善风力发电和光伏发电的相关设备，对于逆变器和控制器进行完善，加大技术方面的研究力度，尽快提出针对性的解决措施，然后统一并网标准。
4.2 提高电能质量
要注重调整电功率因素，使无功就地平衡状态得以连续保持，并确保供电半径保持在科学范围内。要选择最适宜的供电线路导线截面大小，科学配置配电设备与变电之间的关系，防止运行过程中的超负荷现象出现。要有效预设调压方法与策略，并严格执行到位，确保电能质量能够得以快速有效提升。此外，要密切掌握终端用户的实际用电需求，缜密分析排查影响电能质量的所有因素，进而多措并举，综合施策，采取更具针对性、有效性、规范性的措施与方法规避不稳定性风险，优化电能质量。
4.3 解决谐波带来的影响的措施
谐波出现是因为电子设备而导致，无论是风力发电机本身存在问题还是并联补偿电容器与线路出现了问题，都是能够避免的。因此，在风力发电厂中，必须要避免单独升高或者是降低风速的情况，对于风电机要避免进行集中连接，以免局部的谐波电压增加[5]。可以采用不同的风机混合装置，然后对电力系统装配合理的谐波过滤装置，避免电网中的谐波影响，同时在产生谐波时适当地应用动态及静止无功补偿装置。
4.4 逆变器选择合适的滤波参数
合适的LC滤波器能消除开关频率附近的高次谐波，是获得良好正弦电流波形的重要条件。滤波电感决定逆变电流的变化速度，电感值的大小与电流的速度成反比，但电感值特别小的时候会增加谐波电流，增大输出纹波。同样，滤波电容越大，负荷稳压效果越好，但同时吸收了基波电流，增加了系统的负担。因此必须要协调控制电感、电容的取值，在保证一定滤波效果的同时，兼顾输出的电能质量和系统效率。
5 结束语
目前，我国新能源发电并网对电网的电能质量还存在一定影响，极大地威胁了电力系统的正常运行。为了保证新能源发电并网推动我国电力系统的稳定发展，相关的技术部门与工作人员必须要不断研究和完善相关的技术标准，进而确保广大群众能够拥有安全稳定的电力资源。
参考文献：
[1] 黄薪余.浅析新能源接入对电网电能质量的影响[J].通讯世界,2018(11):115-116.
[2] 沈润. 风电接入对湛江电网电能质量的影响分析[D].华南理工大学,2018.
[3] 李勇. 分布式光伏并网对配电网电能质量的影响研究[D].兰州理工大学,2017.
[4] 赵丽霞. 电网非理想工况下光伏并网谐波特性研究[D].燕山大学,2017.
[5] 亢鲁毅. 含分布式电源接入的系统电能质量分析研究[D].天津大学,2017.
论文作者:王伟
论文发表刊物:《中国电业》2019年21期
论文发表时间:2020/3/10
标签：电能论文; 谐波论文; 质量论文; 电网论文; 新能源论文; 逆变器论文; 电流论文; 《中国电业》2019年21期论文;