摘要：目前新能源发电主要以风能和光伏为主，由于风电场风速或光伏电站光照强度处在动态波动变化中，新能源并网发电的输出功率则存在较大随机波动，这种较大功率波动将对电网产生一定的冲击，主要对电网的电压和频率造成一定的影响。另外新能源发电系统电力电子设备使用较多，由于电力电子是非线性负荷，会产生谐波电压和谐波电流，影响电网电能质量。
关键词：新能源；接入；电网电能；质量影响；分析
引言：在电网系统中接入新能源，会对电能质量带来很大影响，因此，必须对新能源并网造成的电能质量情况加强研究，以确保新能源接入后电网系统运行的稳定性、可靠性。当前，新能源主要形式为光伏和风能，因光伏电力系统的光照强度及风电系统风速始终处于动态变化之中，这使得新能源在接入后其输出功率会产生一定的随机性波动，且此大功率的波动会对电网系统造成冲击，重点会对频率与电压产生影响。同时，新能源电力系统所采用电力电子装置较多，因电力电子属于非线性载荷，所以会引起谐波电流与电压，进而对电能质量造成影响。
1.新能源并网引起的电能质量问题
1.1风电场并网引起的电网电压波动问题
风电机组并网运行引起的电压波动源于输出功率的变化，而输出功率的变化主要是由风速的变动以及风剪切等因素引起的。风速的随机性会影响风机功率输出的波动，但同时风力的机型和其控制系统也会对功率输出造成一定的影响，观察与实验表明：在允许的高风速时，机组的输出功率接近额定功率，当风速较低时，机组将尽可能的捕捉更多的风量来保证输出的有功功率，但这个过程处于动荡之中，所以输出的功率不平衡。在变速风电机组投入运行时，其暂态过程较长，在几十秒逐渐增加至额定值，同时无功功率得到控制以保证端电压平稳，这减小了变速风电机组投入时对电网电能质量的影响。
1.2新能源引起的电网频率变化
频率若偏离正常范围，对用户、发电厂和系统本身都将造成很大的影响。频率是和电力系统的有功功率有关的，即有功功率直接影响着频率的变化，以一个光伏电站的为例来说明频率和有功功率的关系。在光伏发电输出有功功率较小时，即使多台光伏机组进行投切，电网的频率在允许的50±0.2Hz范围波动，若当新能源的发电容量占电网总容量的比例逐步增大后，由于新能源发电机组出力具有一定的随机性，可导致电网的频率经常波动。
1.3新能源引起的电网谐波问题
新能源并网发电主要包括风电和光伏发电，风力发电谐波来源主要是风电机组的电力电子元件。恒速风机基本不产生谐波，而现在普遍使用的双馈异步发电机和同步发电机，采用了大容量的电力电子元件，直驱永磁同步发电机组的交直交变频器采用可控PWM整流或不控整流，都使用了大量的电力电子非线性的器件，产生一定的谐波。并网光伏逆变器采用功率开关IGBT及脉宽调制控制方法，并网光伏运行时会产生相应的谐波电压电流，光伏输出功率的间歇变化以及光照不对称都会引起谐波的产生。
2.新能源接入对频率影响
电网系统在运行时较少出现频率异常状况，对光伏系统来说，当其容量偏小时，即便在投切多个机组时也不致造成电网系统频率的越限。如果新能源系统发电容量在电网发电总量中占比逐渐增加，那么因新能源机组出力的随机性，有可能会引起电网频率的波动，从而对电网系统自身与用户都将带来不好后果。因此，可通过把风电功率的波动对电网系统影响进行等效，产生一个传递函数，即火电机组转速改变和风电系统输出功率的波动传递函数，并基于此构建风电波动功率对电网频率影响评估的模型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过评估可得当考虑火电机组自动发电控制体系时0.01-1.0Hz功率波动对于大电网影响为最大。低于1.0Hz频段的传递函数幅值较小，这是由于该频段功率的波动会受到火电机组转动惯量的限制。为研究新能源接入对于小电网的频率影响，可构建火电厂等效单机模型，并通过上述的风电场实际测量功率数据，对不同穿透功率下的电网频率改变情况进行分析。通过分析可得，新能源的大规模并网，应充分依据新能源系统发电出力的间歇性与波动性，并结合电网运行调度估测新能源的发电功率，以确保接入后电网系统可以稳定运行。
3.新能源接入对谐波影响
新能源接入电网，主要有风电场与光伏发电站接入电网两种形式，对光伏电站来说，在接入电网后，因受逆变器IGBT物理特性及其本身的脉宽调节控制特点影响，光伏电站并网运行中会引起相应的电流、电压谐波，同时由于光照强度改变（如浮云阴影影响、自然光强度改变、物体阴影影响等），使得光伏系统输出功率发生间歇性波动改变，再加上不对称光照等，都将造成谐波被污染。对风电系统来说，在其接入电网后它的谐波主要来自于：风电机组自身所配置电力电子设备会产生谐波；风电机组并联补偿电容器和线路电抗产生谐振而造成谐波。全功率变速变频风电系统，它的电流谐波值主要由调制形式与开关频率所决定，针对定开关频率调制，会在其开关频率及其倍频附近出现峰值谐波，而变开关频率调制，则会产生很宽的整次谐波与间谐波频带。除此之外，因电网故障不对称引起负序电压和配电网本身电压谐波，会造成新能源电力系统出现附加谐波电流，其谐波特性主要取决于变流器控制方式。
4.新能源并网会产生孤岛问题
孤岛问题的是因为在电网系统降压后，接入的风电机组与光伏电站依旧在向电网供电，从而对降压电网进行持续性供电，因此要充分结合本地连接负荷，确保其单独运行，以防止引起孤岛问题。孤岛问题会造成电网系统频率、电压等的波动，在频率与电压波动范围超出安全限定值后，将对设备稳定运行造成较大影响。在孤岛事故下，电网会常常发生自动跳闸事故；同时，也可能在负荷容量中产生改变，在容量超出限定范围后，则将在便运器内引起超负载状况，进而造成逆变器的温度大幅升高，然后会引起起火等事故。此刻，逆变器维护检修人员将可能遭受重大伤害，严重时会威胁生命安全，即便再次闭合电路电闸，也将不起作用。因此，孤岛问题不但会严重威胁电网系统的安全运行，并且也将对用户人身安全造成重大隐患。
总结：当前，由于新能源的特殊性以及我国在新能源方面技术能力方面还略有欠缺，这使得新能源在并网发电后对电网电能质量造成了一定影响，甚至一部分人对新能源的并网发电技术还提出质疑，这对我国新能源技术的发展产生了消极的影响，从而也严重威胁了电网系统的稳定运行。针对这些问题，必须要加大研究力度，不断完善和优化并网技术，以促进新能源发电事业的不断发展，从而以新能源向人类提供电力，保障人们的正常电力需求，进而使人们的生活质量得到不断改善。
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论文作者:闫哲睿
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/11
标签：电网论文; 新能源论文; 谐波论文; 频率论文; 电能论文; 功率论文; 机组论文; 《电力设备》2019年第1期论文;