李明

摘要：可再生能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今時(shí)代十分具有開(kāi)發(fā)潛力的技術(shù)項(xiàng)目，其中風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等分布式發(fā)電技術(shù)對(duì)于滿(mǎn)足我國(guó)整體的用電需求起到了重要的作用。但是可再生能源發(fā)電技術(shù)不可避免要面臨并網(wǎng)狀態(tài)，為最大限度上保障可再生能源的發(fā)電利用率，并網(wǎng)系統(tǒng)要合理控制相關(guān)策略，從而在保證最大輸出的基礎(chǔ)上達(dá)到對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的最小化。

關(guān)鍵詞：新能源并網(wǎng)發(fā)電;電能質(zhì)量;

隨著國(guó)家對(duì)電能需求的不斷增大，單純依靠化石燃料進(jìn)行燃燒發(fā)電已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的用電需要，因此科研工作者積極探索新能源發(fā)電模式，利用其無(wú)污染可再生等優(yōu)勢(shì)，在解決人們用電需要的同時(shí)改善生態(tài)環(huán)境。但是新能源發(fā)電就目前技術(shù)來(lái)說(shuō)還不夠完善，在發(fā)電并網(wǎng)過(guò)程中對(duì)整體電能質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

1.新能源電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

1.1風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)

早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量較小，多采用與配電網(wǎng)直接相連的異步電動(dòng)機(jī)，且處于供電網(wǎng)絡(luò)的末端，抗沖擊的能力較弱。之后，變速風(fēng)機(jī)、雙饋感應(yīng)電機(jī)等新型發(fā)電機(jī)組開(kāi)始得到推廣，有效地提高了風(fēng)力發(fā)電的效率，但大規(guī)模風(fēng)電引入電網(wǎng)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量等產(chǎn)生的一些負(fù)面影響仍然不容忽視。

（1）由于風(fēng)能具有隨機(jī)性、間歇性，風(fēng)電機(jī)組輸出的電能也是波動(dòng)、隨機(jī)變化的，具有不可控的特點(diǎn)，因而穩(wěn)定性較差，不能保證不間斷供電。

（2）雖然目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多采用軟并網(wǎng)方式，但并網(wǎng)瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流。

（3）當(dāng)風(fēng)速超速時(shí)，風(fēng)電機(jī)組會(huì)從額定狀態(tài)自動(dòng)退出運(yùn)行，風(fēng)電機(jī)組的投切產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變是風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要負(fù)面影響之一。

（4）風(fēng)速的變化導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出力的變化，隨著風(fēng)速的增大，電壓波動(dòng)和閃變也越明顯。

（5）風(fēng)機(jī)特有的風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)，風(fēng)電場(chǎng)公共連接點(diǎn)的短路比和電網(wǎng)線路的電源阻抗電感和電阻比（X/R）也是引起電壓波動(dòng)和閃變的重要因素。對(duì)于接于電網(wǎng)薄弱節(jié)點(diǎn)的風(fēng)電場(chǎng)而言，電壓波動(dòng)和閃變尤為明顯。

（6）風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)采用了大量的電力電子設(shè)備，對(duì)于需要通過(guò)整流和逆變接入電網(wǎng)的變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波問(wèn)題。

1.2太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)

太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)利用太陽(yáng)能光伏陣列產(chǎn)生的直流電，經(jīng)電力電子變換裝置轉(zhuǎn)換成符合要求的交流電后，直接或經(jīng)變壓器接入電網(wǎng)中。我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已比較成熟，呈現(xiàn)出各地“分散開(kāi)發(fā)、低電壓就地接入”與荒漠地區(qū)“大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)、中高壓接入”并舉的發(fā)展特征。光伏電站運(yùn)用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)提高系統(tǒng)效率，充分利用太陽(yáng)能的時(shí)間分布特性起到削峰作用，這也是光伏發(fā)電相對(duì)于風(fēng)電的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。但光伏發(fā)電系統(tǒng)受環(huán)境溫度、太陽(yáng)光照強(qiáng)度和天氣變化影響，具有隨機(jī)波動(dòng)性，造成發(fā)電功率的劇烈變化。

（1）由于陽(yáng)光的晝夜變化，光伏發(fā)電裝置只在白天工作，晚上切離電網(wǎng)，不但影響了設(shè)備的利用效率，且頻繁投切也會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成影響。為盡可能提高太陽(yáng)能的利用率，提出了最大功率點(diǎn)跟蹤控制法，但僅是最大功率點(diǎn)跟蹤無(wú)法做到有功輸出可調(diào)，有功調(diào)節(jié)技術(shù)還需使用儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的有功支持。

（2）光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的另一個(gè)負(fù)面影響是諧波污染。光伏發(fā)電系統(tǒng)一般通過(guò)逆變裝置轉(zhuǎn)換才能接入公共電網(wǎng)，這些逆變裝置通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂撇呗阅軌驅(qū)崿F(xiàn)有功和無(wú)功的解耦控制，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償無(wú)功，控制功率因數(shù)和抑制諧波的作用。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)逆變器輸出輕載時(shí)，諧波會(huì)明顯增大。

1.3微型燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)

微型燃?xì)廨啓C(jī)是新興發(fā)展起來(lái)功率為幾百kW以下的小型熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，具有體積小、質(zhì)量輕、發(fā)電效率高、污染小、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，微型燃?xì)廨啓C(jī)分為兩種：一種是高速燃?xì)鉁u輪驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，再經(jīng)過(guò)電力電子變流裝置轉(zhuǎn)化為工頻交流電向用戶(hù)供電;另一種是渦輪機(jī)通過(guò)變速齒輪箱驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)。通常情況下，微型燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率與燃料量有關(guān)，因此，它的有功功率是可以控制的，與風(fēng)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)不同。對(duì)于需由變流轉(zhuǎn)換裝置并網(wǎng)的微型汽輪機(jī)，同樣存在因電力電子設(shè)備整流逆變帶來(lái)的諧波污染問(wèn)題。

2.新能源發(fā)電對(duì)電網(wǎng)頻率的影響

電力系統(tǒng)運(yùn)行中頻率異常的情況很少發(fā)生，并網(wǎng)光伏發(fā)電站的頻率變化曲線，可見(jiàn)當(dāng)光伏發(fā)電站容量較小時(shí)即使在多臺(tái)機(jī)組投切時(shí)也不會(huì)引起電網(wǎng)頻率越限。當(dāng)新能源發(fā)電站的發(fā)電容量占電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電量比例逐步增大后，由于新能源發(fā)電機(jī)組出力具有一定的隨機(jī)性，可能導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的頻率時(shí)常出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)用戶(hù)和電力系統(tǒng)本身都會(huì)造成不良后果。將風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響等效成一個(gè)傳遞函數(shù)即為火電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化與風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率波動(dòng)的傳遞函數(shù)，建立了風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)頻率的評(píng)估模型，并得出考慮火電機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)時(shí)0.01～1.0Hz的功率波動(dòng)對(duì)大電網(wǎng)的影響最大。

3新能源發(fā)電對(duì)電網(wǎng)諧波的影響

新能源并網(wǎng)發(fā)電站主要包括并網(wǎng)光伏發(fā)電站和并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)兩種類(lèi)型，由于并網(wǎng)光伏逆變器的絕緣柵雙極型功率開(kāi)關(guān)（IGBT）的物理特性，以及采用脈寬調(diào)制控制方法的逆變器自身特點(diǎn)，并網(wǎng)光伏電站運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓電流諧波，且由光照強(qiáng)度變化（如自然光照強(qiáng)度變化、浮云的陰影效應(yīng)、物體的陰影效應(yīng)等）引起光伏電站輸出功率的波動(dòng)間歇變化以及光照不對(duì)稱(chēng)都會(huì)引起諧波污染。并網(wǎng)光伏發(fā)電站在晴轉(zhuǎn)多云天氣的實(shí)測(cè)電流諧波畸變率曲線，可見(jiàn)在出力較小的凌晨和傍晚時(shí)電流諧波畸變率較大，中午多云時(shí)電流諧波畸變率也有所突增。

4結(jié)語(yǔ)

新能源的開(kāi)發(fā)與利用符合當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的主題，被人們所廣泛接受，新能源發(fā)電技術(shù)還是存在漏洞，需要日益完善，想必在不久將來(lái)，新能源發(fā)電會(huì)完全取代傳統(tǒng)發(fā)電模式。國(guó)家在并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)方面也許嚴(yán)格控制，嚴(yán)格保障并網(wǎng)后電網(wǎng)電能的質(zhì)量。

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