摘要：摘要：由于以风电、太阳能、生物质能为首的新能源并网发电系统出力的间歇性和不确定性等特点，大规模新能源并网对电力系统稳定性存在很大影响。为促进新能源持续健康发展，保证新能源顺利并网和电力系统安全运行，以光伏发电接入为例，采用中国电力科学研究院电力系统研究所“PSD电力系统分析软件工具（PSDPowerTools）”软件包中中国版BPA潮流程序，中国版BPA暂态稳定程序计算分析工具，研究新能源并网对电网电能质量产生的影响。
关键词：新能源；并网；电能质量
引言
以风电、太阳能、生物质能为首的新能源是我国能源发展战略的重要内容和组成部分，是中国未来能源结构的基石，光伏发电是新能源开发技术较为成熟、具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式，符合我国的产业政策和能源可持续发展战略，新能源并网是未来的能源提供的主流方式，将逐步替代常规能源，保障我国的能源可持续发展。
1大规模新能源并网特点
新能源开发的模式以及不同能源转换过程中的差异性是存在的，即使进行了能量逆变系统，但是在电流、电压参数方面还是有略微的偏差，一般偏远地区的电网网架也较薄弱，一点偏差会有较大影响；而电网计量系统是以参数精准性为前提，能源并网运行中面临的各种问题都会影响计量的准确性。下面综合分析下并网过程中的特点和缺陷。
1.1双向性和间歇性：大规模新能源作为电网的能源补充方式，和传统的发电厂形式不一样，电厂发电作为独立的系统不需从输电线路中取电充电，新能源发电时潮流方向只是指向用户一段，但在无法发电时段，就需电网补给供电，常规电网单向计量模式无法适应双向计量，在计量上需改造成上下行同时可发送控制信息。一般新能源发电都会受季节和时间的影响，例如在风力充足的冬季夜间和阳光充足的夏季白天，风电机组和太阳能电池基本是满负荷工作，而之外的时间发电能力较弱或者基本电量为零。
1.2无功电压不稳定：在大功率能源集中供电时，会给输电网造成很大的冲击，功率波动突然变大，可能导致电网电压波动性増加，从而失去稳定性。尤其是风能这种能源介质具有随机性和波动性，很容易无法预测其电网潮流，无功电压的波形出现骤升或骤降的可能，进而导致邻近电厂的网络出现过电压或欠电压动作而导致连锁脱网故障，影响范围无法估计。因此需通过设置合理的计量方式预估电压变化幅度，调和局部电压变化压力。
1.3稳定性差和发电效率不高：清洁能源之所以前期没有被大量开发，主要原因在于电能转换效率低，以效率换取能源的开发是不合理的，但目前考虑环境问题，所以将清洁能源作为主要补充手段，尽力増大能源转化效率。风轮的理论最大效率为59.3％，而实际的效率则更低，水平轴的风轮机实际效率通常在20％-50％，垂直轴风轮机的最大效率在30％-40％。因此通过计算能源转化效率来预测可开发能源量，数据作为电网潮流平衡计算的重要依据。大容量能源并网后会给电网稳定运行带来一定影响，尤其在发生并网故障时，同步机组功率极限值的变化对同步机组功角值的恢复产生影响。
2光伏电站概况及其接入方案简介
该光伏发电项目，总规划装机容量20MWp，并网发电系统分20个子系统，单子系统装机容量1MWp。每个子系统连接一座1.25MVA箱式升压变压器，该单元接线将逆变组件输出电压升至35kV；经集电后，通过一回35kV线路接入电网。结合装机容量、周边电网及消纳能力、潮流、短路等综合计算结果，考虑电网网架结构以及方案的可实施性，接入系统方案考虑采用35kV电压等级接入海音110kV站35kV母线。
3光伏电站接入对电网电能质量的影响
3.1研究条件
3.1.1计算工具
采用中国电力科学研究院电力系统研究所“PSD电力系统分析软件工具（PSDPowerTools）”软件包中的重要计算仿真工具———中国版BPA潮流程序，中国版BPA暂态稳定程序作为本次研究中稳态分析和暂态分析的主要计算分析工具。
3.1.2计算水平年
计算水平年为2020年，计算网络和负荷采用2020年电网规划数据。
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3.1.3负荷模型及发电机模型
1）电网火力发电机模型采用考虑励磁系统和调速器系统的详细模型；
2）负荷模型为40%恒阻抗+60%感应马达模型。
3.2光伏电站产生的谐波对电网影响
光伏电站谐波计算
1）逆变器类型：特变电工TBEA-GC-500kTL型逆变器。
2）逆变器输出电流谐波满足标准的要求。
光伏电场以一回35kV线路接入海音35kV母线电压2.3电压波动计算按照GB12326—2008《电能质量电压波动和闪变》中规定了由波动性负荷产生的电压变动限值和变动频度、电压等级的关系。在光伏电场升压变低压侧未投入无功补偿和投入无功补偿的情况下，光伏电场接入点母线电压随光伏电场输出功率的变化曲线。从变化曲线可知光伏电场升压变低压侧在未投入无功补偿和投入无功补偿时，光伏电场接入35kV母线电压的波动为0.7%，未超过电压变动限值。稳态电压波动比较，光伏电场低压侧无功补偿后，接入点电压随光伏电场输出功率的变化而引起的电压波动都能满足规程要求，且波动值相对较小。
3.3电压不平衡度分析
根据业主提供的资料，20MWp光伏电站引起的负序电压不平衡度不超过0.22%，低于《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》中规定的“公共连接点的负序电压不平衡度应不超过2%，短时不超过4%；其中光伏电站引起的负序电压不平衡度应不超过1.3%，短时不超过2.6%”。
3.4直流分量分析
根据业主提供的资料，20MWp光伏电站逆变器输出电流中的直流分量小于交流额定值的0.5%。与《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》中规定的“光伏电站并网运行时，向电网馈送的直流电流分量不超过其交流额定值的0.5%”要求相当，建议加强监测。
4针对新能源并网计量应对措施
大规模的并网发电选择电流互感器计量装置，并网时会带来一些不确定因素造成计量不准确，需采取相应的措施。
（1）应对谐波：新能源并网时需要辅助大量的电力电子元件参与控制和运行，发电机组都会引起电流和电压的畸变，所谓的谐波产生。谐波的产生会造成设备寿命的损耗而且会导致设备的误动，危害性很大。拿风力发电产生谐波的过程来描述：风电产生谐波的设备有电源、逆变器、整流器等，当风机运转时，这些电力电子元器件一直处于交直交变频状态，在转变过程中，会出现谐波的千扰导致直流转交流时并非为正弦电压波形，而是含有频率宽带不一致的含有谐波的交流电流。从硬件设计上可选择提高逆变器切换速度来减少谐波的含量；从计量手段上来分析，可采用频段较宽的电流互感器作为计量设备，或者通过功率预测，测量出基波和谐波所占比例，当谐波值超出一定阈值时则对电能进行抑制，不影响整体电能质量。
（2）应对频偏一般当新能源并网时，系统频率会突然增加，在接入电网或离网的拉／合闸过程中会产生较大的冲击电压，会对电能计量设备造成不良影响。可通过截频滤波方式或频率检测方式，在不满足电能质量标准时禁止并网。（3）应对无功电压控制安全问题：针对大规模新能源基地无功电压控制问题已研究出了各种控制手段以上采用的技术都要基于电网计量设备的测试值，因此计量的准确性是要解决的关键问题，在计量侧增加各类测试参数，为电网控制提供更多参考基础数据。
结束语
新能源并网是未来的能源提供的主流方式，将逐步替代常规能源，保障我国的能源可持续发展。
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论文作者:董方铭
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/4
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