摘要：太陽能、風(fēng)能這類新能源屬于可再生資源，具有清潔的特點，是未來發(fā)電的一個趨勢。在利用新能源進(jìn)行發(fā)電的過程中，由于各種因素的存在會給電能質(zhì)量造成很大的影響。文章主要對這種影響進(jìn)行分析，希望給這方面的研究起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：新能源；并網(wǎng)過程；電能質(zhì)量；諧波污染

中圖分類號：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）33-0023-03

1 概述

隨著社會的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電等獲得了非常大的應(yīng)用。但是在這些新能源發(fā)電并網(wǎng)的過程中，由于動態(tài)波動比較大，因此輸出功率并不是很穩(wěn)定，這容易給電能質(zhì)量造成一定的影響。此外，由于當(dāng)前新能源發(fā)電的并網(wǎng)過程多需要電力電子裝置來實現(xiàn)，這也會在一定程度上產(chǎn)生附加諧波電流?；诖?，本文關(guān)于新能源并網(wǎng)過程中電能質(zhì)量問題的研究具有很強的實踐意義。

2 新能源并網(wǎng)過程中對電能質(zhì)量的影響

新能源并網(wǎng)過程中對電能質(zhì)量的影響是多方面的，以下將從電壓、頻率質(zhì)量和諧波這幾個方面分別對其進(jìn)行詳細(xì)分析，以此實現(xiàn)對于新能源并網(wǎng)運行可靠性以及安全性的系統(tǒng)評估，為新能源發(fā)電并網(wǎng)提供管理以及調(diào)控的依據(jù)。

2.1 電網(wǎng)電壓方面的影響

2.1.1 饋線穩(wěn)態(tài)電壓方面的影響。在電力系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電壓的接入一般是經(jīng)過LTC和投切電容器來實現(xiàn)的，而且還會進(jìn)行一些其他動態(tài)無功調(diào)節(jié)裝置的配置。在這種情況下，如果接入電網(wǎng)中新能源占的比例比較大，則其發(fā)電站功率的波動性會給線路的負(fù)荷潮流造成比較大的影響，使其也容易產(chǎn)生波動而且變化會比較大，導(dǎo)致電壓調(diào)整難度

加大。

具體來說，主變電站和新能源發(fā)電站之間的距離越大，那么饋線電壓也將越高。而新能源發(fā)電站容量在最小運行的方式下相較于負(fù)荷的比例會比較大，這會導(dǎo)致電站上游的輸送功率降低，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致逆流現(xiàn)象，最終使得最小運行方式中不同位置新能源發(fā)電站饋線電壓分布和最大運行方式中存在著很大的不同。

總體而言，電網(wǎng)和新能源發(fā)電站公共連接點的電壓穩(wěn)態(tài)變化除了由其接入電網(wǎng)短路容量、發(fā)電穿透功率以及輸電線路阻抗這些因素共同決定以外，而且風(fēng)電場無功出力也會給電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓造成一定的影響。

2.1.2 電壓波動以及閃變方面的影響。電力系統(tǒng)中，新能源發(fā)電站中機組由于出力、開停機是隨著波動變化的，加之補償電容器投切因素的影響，使得電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓波動以及閃變的問題。因此可以看出，導(dǎo)致電壓波動以及閃變的最直接原因就在于發(fā)電站輸出功率的變化。其中對于風(fēng)力發(fā)電來說，影響其輸出功率的最大因素為風(fēng)速的變化，其湍流強度和電壓波動以及閃變有著一定的正比例關(guān)系，當(dāng)前在這方面的研究也比較多。

而對于光伏發(fā)電站來說，影響其輸出功率的主要原因在于溫度以及光照強度的波動變化，一般情況下，新能源在接入電網(wǎng)的過程中，其電網(wǎng)短路容量和電網(wǎng)的健壯性是成正比的，也就是說其電網(wǎng)短路容量越大，則光伏發(fā)電站的功率波動和由于其啟停所導(dǎo)致的接入點電壓波動、閃變也就越小。針對這一情況，我們在新能源發(fā)電站接入薄弱電網(wǎng)的時候，需要對合理的并網(wǎng)點以及電壓等級進(jìn)行選擇。

2.2 電網(wǎng)頻率方面的影響

在電力系統(tǒng)運行的過程中，頻率異常是比較少見的情況。以光伏發(fā)電來說，在其發(fā)電站容量比較小的時候，即使在多臺機組投切時也不會導(dǎo)致電網(wǎng)頻率越限。但是由于新能源發(fā)電過程中，其機組出力是具有一定隨機性的，因此伴隨著電網(wǎng)總發(fā)電量中新能源發(fā)電量比例的不斷提升，電網(wǎng)中是有可能出現(xiàn)頻率波動的，實踐及理論也很好地證明了這一點，這種電網(wǎng)頻率的問題會對電力系統(tǒng)以及其用戶造成不好的影響。

以風(fēng)力發(fā)電為例進(jìn)行分析，電網(wǎng)中風(fēng)電場功率波動的影響可以看做一個傳遞函數(shù)，也就是風(fēng)電場的輸出功率波動和火電機組轉(zhuǎn)速變化的傳遞函數(shù)，因此在構(gòu)建風(fēng)電功率波動對電網(wǎng)系統(tǒng)頻率影響的評估模型中，當(dāng)頻率波動為0.1～1.0Hz的時候?qū)o電網(wǎng)產(chǎn)生最大的影響。此外，在機組穿透率取為18%的時候，其最大頻率偏差和限值是非常接近的，而穿透率取為5%的時候，頻率偏差的最大值則取為－0.116Hz，相應(yīng)頻率偏差的有效值則是0.08Hz，因此，在大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)過程中，我們要對新能源發(fā)電出力的間歇性以及波動性進(jìn)行充分的考慮，并將新能源發(fā)電功率預(yù)測和電網(wǎng)運行調(diào)度計劃相結(jié)合，這樣才能夠降低其對于電網(wǎng)頻率方面的影響。

2.3 電網(wǎng)諧波方面的影響

一般來說，新能源并網(wǎng)發(fā)電站可以分為并網(wǎng)風(fēng)電場以及并網(wǎng)光伏發(fā)電站這兩類，由于并網(wǎng)光伏發(fā)電站逆變器中IGBT物理特性、逆變器使用脈寬調(diào)制控制方法過程中自身特性等因素的影響，并網(wǎng)光伏電站在運行的過程中將會出現(xiàn)一定的電壓電流諧波，給電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成比較大的影響。而且導(dǎo)致這種諧波污染的因素比較多，舉例來說，類似于自然光照強度變化、物體的陰影效應(yīng)以及浮云的陰影效應(yīng)等在內(nèi)的光照強度變化都會使其輸出功率出現(xiàn)波動間歇變化以及諧波污染。具體的發(fā)電過程中，電流諧波畸變率比較大的時間多處于處理較多的凌晨、傍晚或者多云的中午。

至于風(fēng)力發(fā)電，在風(fēng)電場并網(wǎng)時的過程中，使電網(wǎng)產(chǎn)生諧波的主要原因有：風(fēng)力發(fā)電機組中存在的電力電子裝置會導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生；風(fēng)電場中線路電抗和并聯(lián)補償電容器在產(chǎn)生諧振之后也導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生。當(dāng)前在這方面的研究主要集中在風(fēng)電場機組屬于全功率變頻變速風(fēng)電機組這一方面，其開關(guān)頻率以及調(diào)制方式將會對電流諧波造成比較大的影響。具體來說，全功率變頻風(fēng)機組在不同的脈寬調(diào)制方式中電流諧波分布存在著很大的不同，定開關(guān)頻率調(diào)制方面，當(dāng)前處于開關(guān)頻率或者開關(guān)頻率倍頻的時候?qū)?dǎo)致峰值諧波，而在變開關(guān)頻率調(diào)制方面，其間諧波以及整次諧波頻帶則比較寬。

除此之外，導(dǎo)致新能源并網(wǎng)過程中產(chǎn)生諧波的因素還有不對稱故障形成的負(fù)序電壓和其自身電壓諧波，其諧波的特性主要決定于變流器控制策略。通過PSCAD/EMTDC對IARC Instantaneous Active Reactive Control）以及ICPS（In-stantaneous Controlled Positive-Sequence）這兩類控制策略進(jìn)行故障特性測試以后可以發(fā)現(xiàn)：控制策略在t=0.5s出現(xiàn)不對稱故障以后，二者變流器的輸出電流都會形成較為明顯的諧波。

針對這一方面，依照系統(tǒng)以及負(fù)荷的參數(shù)對參考諧波阻抗進(jìn)行確定，再通過PCC點的諧波電流測量值對用戶諧波電壓發(fā)射水平進(jìn)行估計，能夠幫助我們更好地處理新能源并網(wǎng)過程中電壓電流的諧波問題，對于諧波污染的監(jiān)測和治理有著非常積極的意義。

3 結(jié)語

針對新能源并網(wǎng)過程中的電能質(zhì)量問題，我們可以從以下幾個角度入手：對新能源裝置性能進(jìn)行改善，比如使用性能更好地電力電子裝置、利用電能質(zhì)量治理裝置、進(jìn)行儲能裝置的配備以及提升風(fēng)電機組低電壓運行能力；對系統(tǒng)接納新能源的能力進(jìn)行提升，比如使用更為先進(jìn)的FACTS技術(shù)、提升電網(wǎng)的智能性等。整體來說，這方面的研究還處于一個初級階段，未來的路還有很長，因此需要我們工作人員對其進(jìn)行不懈學(xué)習(xí)和探索。

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（責(zé)任編輯：王書柏）