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淺談新能源發電并網對電網電能質量的影響及解決方案

更新時間：2024-08-12點擊次數：954次

任運業

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：分析新能源發電趨勢，從電網電壓、電網頻率、電網諧波等方面出發，闡述新能源發電并網對電網電能質量的影響，電網電能質量下降的危害及其處理措施。

關鍵詞：新能源發電；并網；電能質量

0引言

當前，社會經濟發展對能源資源需求不斷增加，為減少對傳統化石能源的依賴，在新能源研究推廣方面投入了大量資金，并取得了一定的成效。目前，我國新能源發電并網規模持續擴大，由此也暴露了一些問題，如新能源發電并網占比增大后，電網運行穩定性受到影響，電能質量下降，如何解決此類問題直接關系到新能源發電技術的未來進一步推廣運用。

1新能源的發電狀況

根據新統計數據顯示，我國新能源發電一直保持平穩增長，截至2019年年底，我國新能源發電裝機容量4.1×108kW。預計2030年、2050年我國新能源裝機將分別達到1.15×109kW、2.80×109kW，占全國電源總裝機的比重提升至40%、53%。2019年我國三北地區（華北、東北、西北）風電裝機容量1.27×108kW；8個省級電力公司經營區風電裝機均超過1×107kW，依次為新疆、冀北、甘肅、山東、山西、寧夏、蒙東、江蘇。三北地區太陽能發電累計裝機容量為1.03×108kW；8個省（自治區）太陽能發電裝機超過1×107kW，依次為山東、江蘇、浙江、安徽、青海、河南、新疆、山西。
近些年，我國新能源消納水平不斷提高，但是新能源發電并網也存在一些問題需要解決，如：新能源發電出力不穩、隨機波動，給電網規劃建設、運行管理帶來了巨大的壓力。結合實踐分析可知，新能源發電并網對電網電能質量必將差生巨大影響，對此必須加強相關研究，提出可靠的處理方案，在不斷提高新能源發電利用率的同事，保證電網穩定、可靠運行。

2?新能源發電并網對電網電能質量的影響

2.1對電網電壓的影響

饋線穩態電壓。當前我國電力系統主要是采用投切電容器、改變有載調壓變壓器分接頭的方式實現調壓。新能源發電并網規模增大后，其功率波動性影響變大，造成整個電網電壓調節難度增大，原有調壓方案往往無法滿足電網實際運行要求。如圖1所示即為新能源發電并網前后饋線電壓的變化情況，由圖分析可知，并網后饋線后端節點的電壓將越限，對此必須要根據并網情況合理改進調壓方案。

（2）電壓波動、閃變。新能源電站輸出功率波動，是影響電壓波動、閃變的直接因素。如風速變化影響風電場輸出功率，需根據實際情況合理選用變速風電機組、恒速風電機組，減小電壓瞬變；光照強度、溫度波動變化，也會導致電站輸出功率出現變化。當新能源發電并網的電網短路容量大，則表明區域電網堅強，相應的并網后引發的電壓波動、閃變均較小，若是電網較為薄弱，必須合理規劃并網點、電壓等級。

圖1新能源發電并網前后饋線電壓

2.2對電網頻率的影響

如圖2所示，當新能源在電網中占比較小時，對電網頻率影響較小，而隨著新能源發電量在電網占比的增大，容易造成電網內頻率波動，直接影響電能質量。對此，必須加強新能源發電出力波動性、間歇性分析，將電網運行調度與新能源發電電功率預測相結合。

圖2新能源發電穿透功率較小時電網頻率變化

2.3對電網諧波的影響

我國新能源并網主要以光伏發電站、風電場為主，其在諧波方面的影響如下：（1）并網光伏電站運行時，光照變化會導致光伏電站輸出功率出現波動間歇變化、引發諧波污染。（2）風電場并網諧波主要來源機組電力電子裝置、風電場并聯補償電容器與線路電抗諧振作用。

3電網電能質量下降的危害與處理措施

大量新能源發電并網極易導致電網電能質量下降，采取合理的處理措施具有重要意義，為我國新能源電力發展奠定堅實的基礎。

3.1電網電能質量下降的危害

電網電能質量下降的危害主要表現在以下幾個方面：（1）電壓暫降、偏差：電網運行中電壓暫降、偏差情況的出現，極易導致一些設備無法正常運行，如：自動化控制裝置誤動、系統失靈等，甚至出現長時間無法正常工作的情況，引發嚴重的后果。（2）電壓波動、閃變：常見問題有燈光閃爍、電視機亮度頻繁變化、生產線無法正常工作等。（3）諧波：諧波污染對電網的危害大，包括：電力線路附加損耗、諧波影響設備運行、電容器組諧振、自動裝置與繼電保護誤動。

3.2電能質量的處理措施

針對上述問題可知，新能源發電并網對電網電能質量的影響較大，為保證我國新能源產業持續穩步發展，必須要采取以下處理措施：（1）安裝電能質量調節裝置。在電網運行中，改善電能質量常見的方法就是安裝動態無功補償裝置，快速調節無功功率，保證電網電壓穩定。動態無功補償器的主要安裝位置為新能源出口低壓側，根據接入點電壓偏差量控制所補償的無功，穩定接入點電壓。針對新能源并網導致的諧波問題，可安裝多脈沖換流器、電力濾波器，有效吸收諧波電流，保證電網穩定運行。其中，光伏電站并網，可采用多功能逆變器，使得光伏電站逆變器兼具濾波功能；風力發電場，可在諧波水平較高母線上安裝靜止無功補償器，綜合濾除諧波。（2）采用超級電容器改善電能質量。超級電容器作為一種儲能裝置，可有效控制電網有功、無功功率，改善電網電能質量。從超級電容器自身性能分析來看，其功率密度高、充電速度快，可有效解決瞬時停電、電壓暫降/驟升等問題，平滑電壓波動。

此外，為應對未來新能源發電并網規模的持續擴大，應從電網結構入手，通過改善電網結構、合理選用線路電抗/電阻之比，有效抑制并網引發的電壓波動、閃變問題；同時新能源技術方面，還需不斷革新，切實減少機組啟停次數、減小輸出功率變化情況，切實保證電網系統的穩定運行。

4安科瑞產品選型

名稱	型號	圖片	功能
電能質量在線監測裝置	APView500		16 路交流電壓/電流通道，16 路可編程無源繼電器出口、22 路有源開關量輸入通道，2路 RS485 接口，4 路以太網接口； 1 路 GPS 對時接口，支持 IRIG-B 對時方式；1 路 RS232 接口； 1路USB接口
電能質量監測儀表	APM830		網絡：三相三線，三相四線功能：全電量測量、電能統計、電能質量分析、錄波功能、事件記錄功能精度：0.5S級
多功能網絡電力儀表	APM520		具有三相(I、U、kW、kyar、kWh、kvarh、Hz、cas中)、電能統計、電能質量分析(包括諧波、間諧波、閃變)、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功能及網絡通訊等功能，主要用于電網供電質量的綜合監控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、A0模塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現電氣回路全電量測量及開關狀態監控
有源諧波治理系統	AnSin/??-G Ⅰ型		采用DSP+FPGA全數字控制方式，并聯在系統中，兼補諧波和無功；兼補諧波和無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；具備完善的橋臂過流、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；具備超前和滯后的功率因數校正功能；具備動態過溫降載功能；有源諧波治理系統除作為本地終端為用戶提供電能質量監測、治理與設備運維等功能外，亦可通過接入AcrelEMS企業微電網能效管理平臺，為用戶提供遠程在線服務。
有源無功補償系統	AnCos/??-G Ⅰ型		具備無功功率線性補償、三相電流平衡治理和穩定電壓的功能，同時可濾除5、7、11、13次以內的諧波；具備自動檢測運行、測量監視和定值設定功能；具備智能散熱和無極調速的功能；具備動態擴容功能，支持插拔，方便更換；具備過壓切除、過壓閉鎖、欠壓切除、超溫告警等保護功能；有源無功補償系統配備有數據處理與分析平臺，通過對采集到的用戶現場數據與補償設備補償算法相結合，為用戶提供定制化的電能質量治理服務。
混合動態諧波無功補償系統	AnCos/??-G Ⅰ型		核心元器件IGBT選用英飛凌等進口知ming品牌，響應時間快，精度高、運行穩定；采用全數字、模塊化控制方式，采用DSP＋FPGA高速檢測和運算的數字控制系統監控及顯示系統；同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩定電壓的功能；諧波補償次數：2-51次，可對2次～31次諧波電流進行全補償，或僅對諧波進行補償；具備遠程通訊接口功能，并可通過PC機進行實時監控；分層式系統設計，三層系統各自獨立且相互耦合。基于谷歌Flutter框架構建的遙信、遙控軟件平臺，具備遠程服務與數據處理功能，并支持IOS、安卓、PC多平臺交互。