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        新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

        2021-11-08 12:13:45杜芳樊毅李鵬云
        科技尚品 2021年10期
        關(guān)鍵詞:影響

        杜芳 樊毅 李鵬云

        摘 要:近年來,由于電力需求缺口不斷擴(kuò)大,火力發(fā)電方式已不能滿足人們生活和生產(chǎn)的電力需求。除了突破發(fā)電技術(shù),在充分利用其清潔和可再生能源技術(shù)優(yōu)勢的同時,在一定程度上徹底解決電力需求問題并改善生態(tài)環(huán)境,實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。然而,如今新能源發(fā)電技術(shù)還不是很成熟,尤其是在并網(wǎng)期間,對整體電能質(zhì)量的影響更為深遠(yuǎn)。文章通過分析新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響,提出具體解決方案,以期全面提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。

        關(guān)鍵詞:新能源發(fā)電并網(wǎng);電網(wǎng)電能質(zhì)量;影響

        中圖分類號:TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-1064(2021)10--02

        DOI:10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.060

        目前,在時代與科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的同時,我國電力事業(yè)迎來了發(fā)展高峰期,這也使人們對電網(wǎng)質(zhì)量與安全也提出了更高的要求。隨著國家對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)不能滿足日益增長的用電需要,風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等一些新能源技術(shù)已經(jīng)成為目前最有潛力的可再生能源發(fā)電技術(shù)。由于新能源具有分布范圍廣及分布不均勻的特點(diǎn),導(dǎo)致新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中存在不穩(wěn)定性、間斷性,不利于發(fā)電系統(tǒng)正常工作。如何正確采取可行的質(zhì)量控制措施,確保在最大電能產(chǎn)出的基礎(chǔ)上,消除這些負(fù)面影響和正影響才是電網(wǎng)系統(tǒng)電能利用質(zhì)量的根本問題,受到了越來越多從業(yè)者的關(guān)注[1]。

        21世紀(jì)以來,我國傳統(tǒng)能源發(fā)電占比逐年下降,新能源發(fā)電占比逐年上升,但新能源發(fā)電受到許多因素的影響,因此,將新能源發(fā)電并入電網(wǎng)是一項艱巨的任務(wù),要從新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的方面出發(fā),分析新能源發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成影響的因素。新能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時,經(jīng)常采用電力電子設(shè)備,會不可避免地會產(chǎn)生電壓和電流諧波,使變頻器產(chǎn)生額外的諧波電流,從而在很大程度上影響頻率的波動和電源的穩(wěn)定性。新能源發(fā)電站的使用在某種角度上會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生較為深遠(yuǎn)的影響,落實新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的分析,是確保我國電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)前提。但是,新能源發(fā)電就目前技術(shù)來說還不夠完善,在發(fā)電并網(wǎng)過程中對整體電能質(zhì)量會產(chǎn)生一定的影響。因此,科研工作者應(yīng)積極探索新能源發(fā)電模式,利用其無污染、可再生等優(yōu)勢,在解決人們用電需要的同時改善生態(tài)環(huán)境。

        1 新能源電網(wǎng)連接的類型和特點(diǎn)分析

        1.1 特點(diǎn)

        與傳統(tǒng)能源相比,新能源發(fā)電技術(shù)具有一定的優(yōu)勢,尤其是在清潔環(huán)保、低碳排放和可持續(xù)再生方面,但是,新能源發(fā)電技術(shù)受自然條件的影響很大,仍然存在一些問題。以風(fēng)力發(fā)電為例,風(fēng)力發(fā)電在很大程度上彌補(bǔ)了工業(yè)用電和生活用電的缺口,但是一旦遇到特殊的天氣條件或季節(jié)性風(fēng)等情況,發(fā)電設(shè)備可能會出現(xiàn)難以滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況,導(dǎo)致公共電網(wǎng)產(chǎn)生大量能量缺口,使生產(chǎn)生活受到嚴(yán)重影響。

        1.2 類型

        隨著科技水平不斷提高,人們在自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了多種可以用于發(fā)電的清潔可再生能源,其中,風(fēng)能、水能、潮汐能、太陽能、生物能和核能發(fā)電是目前清潔能源的主流。開發(fā)新能源需要其具備兩個特點(diǎn),一是能源的清潔型,二是能源的可持續(xù)利用性。總體來看,太陽能、風(fēng)能比較依賴天氣狀況,具有不確定性,潮汐能受到各種自然條件的制約,核能則具有一定的危險性,因此,目前人類對于清潔能源的掌握還不是特別牢靠,仍需要大量科研工作者的努力[2]。

        1.3 目前我國新能源并網(wǎng)發(fā)電現(xiàn)狀

        《國家電網(wǎng)有限公司服務(wù)新能源發(fā)展報告2020》顯示,截至2019年年底,我國新能源累計裝機(jī)容量突破4億kW,占全球的34%,而且還在急劇增加。在我國的能源規(guī)劃中,基本三十年內(nèi)將新能源的使用達(dá)到能源總利用的50%。在這些新能源利用的增量中,最主要的兩種能源就是風(fēng)能和太陽能,雖然儲量極大,但風(fēng)能、太陽能的發(fā)電具有不穩(wěn)定性,導(dǎo)致新能源并電網(wǎng)會出現(xiàn)一些問題,不能直接接入傳統(tǒng)的電力系統(tǒng),會造成成本增加。

        2 新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

        2.1 電網(wǎng)頻率的影響

        傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行期間,發(fā)生異常和高頻率干擾事件的潛在風(fēng)險很小。但是根據(jù)去年并網(wǎng)大型光伏電站的運(yùn)行頻率波動變化統(tǒng)計數(shù)據(jù),當(dāng)并網(wǎng)光伏電站的裝機(jī)容量變化較小時,可以選擇允許多個發(fā)電機(jī)組同時或分別進(jìn)行開、關(guān)操作。如果新能源水力電站的設(shè)計發(fā)電量在水力電網(wǎng)建設(shè)總量規(guī)模中的占比逐漸增加,新能源電站發(fā)電機(jī)組所輸出的頻率隨機(jī)性將大大提高,尤其是在0.01 Hz~1.0 Hz的情況下,整個水力電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出頻率都會發(fā)生較大波動,將對電力系統(tǒng)發(fā)展產(chǎn)生非常不利的影響。

        2.2 發(fā)電間歇性和波動性影響

        結(jié)合當(dāng)前的實際經(jīng)營情況,大多數(shù)新能源光伏發(fā)電經(jīng)營方式一般都有價格波動性大、間歇性大等技術(shù)上的缺陷。以我國風(fēng)力發(fā)電周期為例,風(fēng)力發(fā)電具有強(qiáng)烈的資源不確定性和周期季節(jié)性,因此風(fēng)力為主的變電站發(fā)電的不穩(wěn)定性很強(qiáng),在一定時期內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電會對電能的整體質(zhì)量產(chǎn)生極其不利的影響。同時,新能源發(fā)電并網(wǎng)控制困難,控制措施相對復(fù)雜,在特定的控制周期可能產(chǎn)生電擊,導(dǎo)致電源偏差或閃爍故障[3]。

        2.3 諧波對電能質(zhì)量的影響

        在新能源并網(wǎng)中,諧波是影響電力質(zhì)量的主要原因之一。由于風(fēng)能及太陽能的不穩(wěn)定性與間歇性,在發(fā)電過程中很容易產(chǎn)生諧波,諧波對新能源發(fā)電系統(tǒng)的破壞性是非常大的,容易造成發(fā)電系統(tǒng)失控,引發(fā)安全事故,導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)癱瘓,出現(xiàn)大范圍的停電現(xiàn)象。

        2.4 孤島現(xiàn)象的影響

        孤島現(xiàn)象是電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的一種現(xiàn)象,具有極強(qiáng)的破壞性和危險性。在電網(wǎng)電壓缺失時,新能源發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)接入的部分就會產(chǎn)生局部的閉合電路,孤島現(xiàn)象隨之產(chǎn)生,帶來嚴(yán)重的不可控制性,電網(wǎng)的調(diào)節(jié)和管理無法發(fā)揮作用。如果孤島中的供電超過電力設(shè)備的限額,會對電力設(shè)備產(chǎn)生極大的損害,工作人員檢修設(shè)備時甚至?xí)媾R觸電的風(fēng)險。所以,在新能源并網(wǎng)構(gòu)建中,如何科學(xué)有效避免孤島現(xiàn)象是工作人員必須考慮的問題。

        隔離會使電網(wǎng)中的電壓和頻率出現(xiàn)動態(tài)波動,當(dāng)電壓和頻率的波動空間超過電網(wǎng)的安全范圍時,會影響設(shè)備的安全使用。在孤島的情況下,電路系統(tǒng)會出現(xiàn)自動跳閘,負(fù)載容量也會發(fā)生變化。當(dāng)容量超過指定范圍時,傳送帶中將有超速負(fù)載,導(dǎo)致逆變器溫度過高,并相應(yīng)地引起著火現(xiàn)象,危及維修人員的生命安全。

        3 新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)質(zhì)量的改進(jìn)措施

        目前,新能源電網(wǎng)發(fā)展時間尚短,新能源發(fā)電技術(shù)還不完善和成熟,相關(guān)法規(guī)和政策也有待完善。新能源發(fā)電的波動和間歇性是由自然因素決定的,即使不能改變原始的自然條件,也可以通過改進(jìn)發(fā)電設(shè)備等彌補(bǔ)技術(shù)缺陷。因此,在實際生產(chǎn)過程中,地方政府和有關(guān)部門必須強(qiáng)化調(diào)試并網(wǎng)的新能源設(shè)備,使其適應(yīng)電網(wǎng)技術(shù)和性能條件,并在整體電網(wǎng)的基礎(chǔ)上增強(qiáng)電網(wǎng)動力。要調(diào)整電網(wǎng)和輸電峰值容量,進(jìn)一步提高波動性和間歇性電力的總體接受水平。同時,新能源發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)兼顧無功調(diào)節(jié)和有功調(diào)節(jié)的雙重功能,最大程度地降低新能源波動對整體電能質(zhì)量的影響[4]。

        4 結(jié)語

        長期以來,可再生熱量能源技術(shù)被認(rèn)為是一項具有很大市場發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新項目,特別是用于風(fēng)力發(fā)電、光伏水力發(fā)電等分布式風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù),在滿足我國電力行業(yè)總體發(fā)展需求中一直占有主導(dǎo)地位,并發(fā)揮著重要的作用。因此,有必要通過技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備研發(fā),排除影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的不利因素,實現(xiàn)新能源電力的大規(guī)模應(yīng)用。文章通過深入研究和討論,明確了目前新能源利用的可靠性和缺陷,經(jīng)過并網(wǎng)發(fā)電處理后,其電網(wǎng)的生產(chǎn)質(zhì)量將受到不同程度的影響,通過一系列措施操作,逐一突破新能源的不足,加快代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的步伐,推動實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 徐潛,唐凌云,李西.新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響[J].集成電路應(yīng)用,2020,37(9):138-139.

        [2] 洪楠.論新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究[J].科技風(fēng),2020(23):139.

        [3] 張朝暉.新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析[J].裝飾裝修天地,2018(24):375.

        [4] 何德良,賈宏偉.淺析并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響[J].電子產(chǎn)品世界,2018,25(12):81-82,74.

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