摘要：我國人均資源潰泛，且消耗極快。新能源發(fā)電具有綠色環(huán)保、可再生的特點(diǎn)，是目前及未來電力行業(yè)主要發(fā)展方向。隨著新能源發(fā)電及并網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在其并網(wǎng)過程中給電網(wǎng)帶來的種種不利影響也漸漸浮現(xiàn)，且愈加嚴(yán)重，本文對(duì)分布式電源進(jìn)行簡單介紹，然后從多角度研究分析了對(duì)新能源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的各種問題，并相應(yīng)的給出一些解決措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：新能源;發(fā)電技術(shù);分布式電源;并網(wǎng)

1?緒論

隨著全球能源消耗的急劇增加，國際社會(huì)對(duì)能源問題和環(huán)境污染問題愈加重視。傳統(tǒng)的煤炭、石油等化石燃料儲(chǔ)備量越來越少，開采也更加困難，并且以此發(fā)電存在包括影響環(huán)境問題在內(nèi)的眾多局限。因此加快開發(fā)、充分利用可再生能源進(jìn)行發(fā)電就顯得更加緊迫。

新能源發(fā)電規(guī)模的急劇增加，其構(gòu)成的微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)的規(guī)模也越來越大，在提高能源利用率的同時(shí)也對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行也產(chǎn)生了不可忽視的影響，比如說降低了電網(wǎng)的電能質(zhì)量、影響了系統(tǒng)的潮流分布等。對(duì)這些問題的深入研究對(duì)未來新能源發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用具有重要的意義。本文首先對(duì)分布式電源及并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡單介紹，然后結(jié)合仿真圖形從多角度研究分布式電源并網(wǎng)后給電網(wǎng)帶來的種種影響，并相應(yīng)的給出一些解決措施。

2?分布式電源

所謂分布式電源就是一些滿足周圍小負(fù)荷用電需求的小型電源，具有裝機(jī)容量小，環(huán)境影響小，靈活性好的特點(diǎn)。分布式電源還具有方便邊遠(yuǎn)偏僻地區(qū)用電、減少輸配電成本、緩解大電網(wǎng)供電壓力等種種優(yōu)點(diǎn)。目前太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、生物質(zhì)能發(fā)電等都可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行[1]。其中應(yīng)用范圍最廣、并網(wǎng)規(guī)模較大的主要是光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電。我國風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)容量居世界首位，截至2019年底，已突破2.1億千瓦，占總發(fā)電量的比例達(dá)5.5%，并且風(fēng)電規(guī)模的增長速速遠(yuǎn)高于其他形式的發(fā)電規(guī)模增速。以下主要是基于光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行研究。

3?分布式電源并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

3.1?并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

分布式電源必須滿足一系列的要求后才能進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行，包括電能質(zhì)量、功率控制、安全保護(hù)等[2]，同時(shí)并網(wǎng)時(shí)還要滿足同步的要求，即分布式電源的電壓幅值、頻率、相角需與配電網(wǎng)電壓幅值、頻率、相角維持在一定允許的誤差范圍內(nèi)。分布式電源并網(wǎng)總?cè)萘坎粦?yīng)超過上級(jí)變壓器供電范圍內(nèi)最大負(fù)荷的25%[3]。當(dāng)并網(wǎng)電壓不超過380V時(shí)，相應(yīng)的并網(wǎng)容量不應(yīng)超過200kW，容量超過200kW時(shí)宜接入電壓等級(jí)為6kV及以上的電網(wǎng)。

3.2?對(duì)電網(wǎng)電壓的影響

新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響主要體現(xiàn)在影響?zhàn)伨€穩(wěn)態(tài)電壓，導(dǎo)致電壓的波動(dòng)與閃變。太陽能光伏發(fā)電受光照強(qiáng)度和溫度影響輸出功率極其不穩(wěn)定，同樣風(fēng)力發(fā)電受天氣、風(fēng)量、風(fēng)速的影響，輸出功率變化幅度也較大，這些是導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)、閃變的直接原因。新能源發(fā)電裝置啟動(dòng)與關(guān)停的過程中會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生過大的沖擊電流，這也極易導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的波動(dòng)與閃變。配電網(wǎng)短路容量越大，則該區(qū)域電網(wǎng)越穩(wěn)定，受并網(wǎng)影響越小。如果并入的配電網(wǎng)自身穩(wěn)定性差，則需通過合理規(guī)劃并網(wǎng)點(diǎn)，選用恰當(dāng)?shù)木€路阻抗比，并選擇合適的電壓等級(jí)來降低并網(wǎng)影響。

新能源發(fā)電系統(tǒng)中的變換器是典型的電力電子裝置，大規(guī)模并網(wǎng)后將導(dǎo)致配電網(wǎng)無功功率下降，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。而應(yīng)用最多的無功補(bǔ)償方式就是投切電容器組、改變變壓器分接抽頭來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整[4]。但是，當(dāng)并入電網(wǎng)的新能源發(fā)電規(guī)模較大時(shí)，其功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響也就較大，這時(shí)候?qū)ε潆娋W(wǎng)電壓的調(diào)整就變得更加困難了，常規(guī)的調(diào)壓方式很可能就無法滿足電網(wǎng)正常運(yùn)行的需求。如圖1所示，新能源電站接入電網(wǎng)后饋線電壓偏差發(fā)生了明顯增大，特別是饋線遠(yuǎn)端，幾近越限。因此要制定更加合理、完善的調(diào)壓方案保證并網(wǎng)前后電壓穩(wěn)定。

3.3?對(duì)電網(wǎng)諧波的影響

新能源發(fā)電系統(tǒng)中存在大量的電力電子裝置，如并網(wǎng)光伏逆變器、風(fēng)電系統(tǒng)中的交-直-交變頻器等。當(dāng)其并網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)中相當(dāng)于接入了大量易產(chǎn)生諧波的非線性負(fù)荷。并且其產(chǎn)生的諧波電流波形不穩(wěn)定，如果電容器、電抗器發(fā)生諧振的話還會(huì)使其畸變程度加重[5]。經(jīng)驗(yàn)表明，即使一臺(tái)逆變器產(chǎn)生的諧波電流很小，但是多臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行后產(chǎn)生的諧波量也極有可能超標(biāo)，這給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的安全隱患。

新能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率波動(dòng)大，出現(xiàn)間歇性變化會(huì)導(dǎo)致諧波的出現(xiàn)。圖2、圖3所示為PSCAD軟件仿真所得風(fēng)電機(jī)組在恒風(fēng)速/陣風(fēng)擾動(dòng)下輸出電流頻譜圖，基本風(fēng)速設(shè)為11m/s，擾動(dòng)風(fēng)速為1m/s，擾動(dòng)周期為0.2s。對(duì)比分析可知，當(dāng)風(fēng)速不穩(wěn)定時(shí)，輸出電流中低次諧波含量大大增加，波形畸變嚴(yán)重。

3.4?對(duì)電網(wǎng)頻率的影響

電網(wǎng)頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，頻率穩(wěn)定是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。如圖4所示，當(dāng)新能源并網(wǎng)的容量較小時(shí)，對(duì)電網(wǎng)頻率的影響也很小，但是隨著新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的越來越大，并網(wǎng)容量占電網(wǎng)總?cè)萘康谋壤苍絹碓酱?，新能源機(jī)組產(chǎn)生功率波動(dòng)時(shí)就極容易導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生頻率異常波動(dòng)。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)電廠的功率波動(dòng)是符合某一函數(shù)關(guān)系的，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的穿透功率為18%，功率波動(dòng)最嚴(yán)重時(shí)頻率偏差就會(huì)接近允許的偏差極限。

3.5?對(duì)電網(wǎng)保護(hù)的影響

大規(guī)模新能源發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)后不但使電網(wǎng)故障幾率增大，而且會(huì)使配電網(wǎng)的故障特征發(fā)生改變，這樣原有的饋線的保護(hù)都將受到影響，也增加了設(shè)置繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置電路的難度。

原本電網(wǎng)是單電源輻射式網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)新能源系統(tǒng)接入后就變成了雙電源或多電源的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這樣故障電流的大小、流動(dòng)方向以及持續(xù)的時(shí)間都將發(fā)生改變，原有的繼電保護(hù)裝置可能就不再適用，從而增加了發(fā)生保護(hù)裝置拒動(dòng)、誤動(dòng)的概率。根據(jù)配電網(wǎng)中變壓器的接線方式不同，與變壓器相連接的逆變器會(huì)形成一條額外的接地回路，會(huì)影響零序電流的流經(jīng)路徑，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)未短路相的對(duì)地電壓會(huì)變的更大。這些電量的改變都將影響保護(hù)裝置的動(dòng)作特性。

4??優(yōu)化新能源發(fā)電并網(wǎng)的措施

由以上分析可知，新能源并網(wǎng)給公共電網(wǎng)帶來的種種問題或多或少都與新能源發(fā)電的波動(dòng)性和間歇性有關(guān)。對(duì)于自然因素我們當(dāng)然無能無力，因此應(yīng)對(duì)波動(dòng)性和間接性主要還是得從新能源發(fā)電裝置本身或是配電網(wǎng)入手。首先，使用的發(fā)電設(shè)備在技術(shù)性能上必須滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的需要。比如安裝電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置，對(duì)電力系統(tǒng)中的電壓波動(dòng)、電壓偏差以及諧波情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控[6];同時(shí)還要安裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，該裝置一般安裝在新能源裝置電源低壓出線端，也就是并網(wǎng)變壓器的低壓一側(cè)，這是改善電能質(zhì)量最常用、最有效的方法之一。一旦監(jiān)測裝置發(fā)現(xiàn)電壓異常，無功補(bǔ)償裝置可以快速調(diào)節(jié)無功出力情況，以此維持接入點(diǎn)電壓穩(wěn)定。

針對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的諧波污染問題，可以采用多脈沖變流器、安裝電力濾波裝置，進(jìn)行主動(dòng)降低或是被動(dòng)過濾發(fā)電裝置產(chǎn)生的諧波電流[7]。在光伏電站中可以采用兼具濾波功能的光伏并網(wǎng)逆變器，在風(fēng)力電廠中可以在諧波電流含量較高的母線上使用靜止無功補(bǔ)償裝置來綜合濾除諧波電流。

采用超級(jí)電容器也是一種改善電能質(zhì)量的有效措施。超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能裝置，與蓄電池和普通電容器相比，它的充放電速度更快，功率密度更高，可達(dá)102～104?kW/kg。正是基于超級(jí)電容器的這種固有特性，它可以快速有效地控制電網(wǎng)的有功功率和無功功率，解決新能源發(fā)電裝置因環(huán)境等因素產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓驟升驟降問題或者是停電問題，有效緩解電壓波動(dòng)。

此外，從配電網(wǎng)入手也是解決并網(wǎng)帶來的電能質(zhì)量問題的重要途徑。比如說優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、合理選擇電路的阻抗比。

5?結(jié)語

新能源發(fā)電具有綠色、清潔、節(jié)能環(huán)保、可再生的特點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿薮?。但由于新能源發(fā)電的間歇性、波動(dòng)性，在并網(wǎng)的過程中會(huì)給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來一列的不良影響，最主要的就是電壓波動(dòng)、閃變以及諧波問題。解決這些問題主要有兩大思路，一是優(yōu)化新能源發(fā)電系統(tǒng)，二是從配電網(wǎng)入手。為保證電網(wǎng)的持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行，推動(dòng)我國新能源事業(yè)的發(fā)展，對(duì)新型改善電能質(zhì)量的措施研究必不可少。

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作者簡介：張登義（1970—??），男，漢族，山西朔州人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化。