解析光電、風電並網對電網的影響-技術專題-亿鼎博新能源
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解析光電、風電並網對電網的影響
2019-07-15

在新能源特征和分布情況的影響下,新能源在發電的過程中依舊存在不穩定性和間斷性等無法控製的情況,而這樣的電網接入形式必定會對電網係統的穩定性和安全性帶來較大的負麵影響,對電能質量的影響較為突出。本研究主要係統地分析新能源發電並網對電網電能質量所產生的影響以及相應的應對措施。

人們的生活水平隨著社會經濟的不斷提高也在逐漸提升,對用電的需求也逐漸變高,這樣的需求給我們國家的電力供應係統帶來了巨大的壓力。雖然一些新的發電能源不斷的被發掘出來,但是新能源發電的不可控性會對電網中電能質量產生較大影響,所以有必要對新能源的接入引起的電能質量問題進行進一步的研究,以確保新能源發電係統的穩定運行和可靠性。因此,有關部門以及相關工作人員應該重視起來對這方麵的工作研究。


新能源發電並網對電網電能影響

在新技術的基礎上,係統的利用和開發可再生能源,例如核能、風能、太陽能、海洋能、氫能、生物質能、地熱能等等。非常規能源通常情況下說的就是除了傳統能源以外的新能源。相較於化石能源來說,新能源有兩個明顯的優勢,一個是排汙量比較少且儲備量大,另一個優勢是新能源是可循環及可再生的。21世紀以來,化石能源的大量使用給社會帶來了環境汙染、能源枯竭和氣候變化等問題,人類社會的發展和進步受到了嚴重的挑戰。然而可再生能源和新能源進入了一個快速發展的時代,在未來必定會變成社會發展的戰略方向和世界能源體係的生力軍。我國今後發展的一個重點就是掌握新能源技術。

由於我國對新能源發電的技術研究發展較晚,且具有一定的局限性,因此造成我國在利用新能源發電時缺乏穩定性,主要表現在較強間斷性、波動性和隨機性,並且新能源發電的控製技術有很大難度。現階段,電網接納的能力尚且不足,很難大規模的去接納新能源所產生的發電量,主要表現在以下幾個方麵:


(1)波動性與間斷性發電的影響

對於風力發電來說,風力發電機的輸出功率與風速的大小有關。由於風的能量與風速的立方成正比,而自然界的風速是極不穩定的,要想人為控製風力大小是很難實現的,導致風力發電機的輸出功率變化很大。對於光伏發電來說,光伏方陣的輸出功率與光照的強度有關,因此受天氣和氣溫的影響較大,和風力發電一樣易出現波動。大量的易波動的風力發電和光伏發電並入到傳統的電網中,會導致電網受到巨大的電流衝擊,造成電網頻率偏差、電壓波動與閃變這些問題。比如當風電場的電壓出現下降情況時,如果風電機組不具備低電壓穿越能力,很容易出現瞬間故障的情況。因此,為了避免這些情況的發生,首先要求並入電網的新能源設備具備規定的並網技術性能,其次需要電網具備足夠的調峰容量以及電量接納能力。其中新能源發電係統裝置中最不可缺少的是有功功率調整和動態無功功率調整功能。此外,風電場和光伏電站站內容易出現無功損耗,因此,新能源發電係統配置應用的功能中還需要配置無功補償功能。


(2)諧波的影響

新能源發電係統中,可能給電網帶來諧波的途徑主要有兩種。以風力發電係統為例,一種是風力發電機本身配備的電力電子裝置會帶來諧波問題。對於直接和電網相連的恒速風力發電機,在軟啟動階段要通過電力電子裝置與電網相連,會產生一定的諧波。對於變速風力發電機,是通過整流和逆變裝置接入電網係統,如果電力電子裝置的切換頻率恰好在產生諧波的範圍內,則會產生很嚴重的諧波問題;另一種是風力發電機的並聯補償電容器可能和線路電抗發生諧振。為了對無功功率進行就地平衡,風力發電係統需配置並聯補償裝置,但由於諧波在不斷變化,加之電網的複雜性,在某些條件下可能會引起諧波放大,甚至係統諧振。

因此,在風電場中,應盡量避免單一的變速或恒速風電機組集中連接,這樣會在局部造成過高的諧波電壓,應采用不同類型的風機混合配置。其次是電力係統應該對濾波裝置進行適當的配置,將電網中的諧波含量降低,在抑製諧波的同時合理使用動態或者靜止無功補償裝置。


(3)孤網的影響

當大電網失壓以後,並網風力發電和光伏發電會對電網中的某一部分繼續供電,並與本地負載形成連接,達到一個新的供需平衡狀態,形成孤網運行。此時,孤網中的電壓和頻率不受大電網控製,得不到大電網的調整支持,當負荷側負載發生變化或是發電側輸出功率發生變化,都會導致孤網供需失衡,使得孤網的電壓和頻率容易發生波動,如果波動範圍超過了允許的安全範圍,將嚴重影響設備的安全。當供大於需時,電壓和頻率會超出允許的範圍,可能會對用戶的設備造成損壞。當供小於需時,會使逆變器過載,可能會燒毀逆變器。因此,在新能源並入電網前,電力調度必須進行嚴格把關、審核,對於風力發電係統和光伏發電係統,具備功率預測功能,是必備的準入條件之一。


(4)並網標準不統一的影響

新能源的分布範圍較廣,但是分布不夠均勻,我們國家暫時還難以實現一個比較統一的新能源發電並網標準。按照我國現在的技術發展現狀,隻能統一那些大型並網係統的技術標準,卻沒有統一其檢測技術,並且在係統檢測當中存在著一定的缺陷,因此應該繼續進一步完善係統的認證。

現階段,我國缺乏用專業的知識來分析破壞電力係統穩定性和大中型新能源並網中會降低電能質量的主要原因,甚至對電網調度和影響電網運行的影響因素都缺少較為合理的認定,而且電網接納技術中所存在的問題還在不斷的研究和探索當中,目前還沒有真正的形成統一的定論,對於接入係統進行完善的檢測我國現階段的技術能力還很難完成。例如,對逆變器和控製器的檢測我們還需要不斷的完善。另外,雖然我們在不斷發展與探索輸配電設備和雙向計量設備的檢測技術,但是同一些西方發達國家的技術相比我國的技術還存在著很大的差距。


今後應該采取的應對措施

從我國現階段新能源並網對電網電能質量的影響狀況來看,以後我國的並網技術在直流輸電技術、並網方式、智能化控製技術以及調度技術這四個方麵的研究與開發上需要進行更大的努力與強化,在並網方式中發揮出可再生能源的支柱性作用,並且要在技術方麵進行有效的操作和控製。隨著越來越廣泛的應用信息技術不斷地發展,科技的不斷進步,人為控製必將會在今後的某一天被智能控製所取代。為了有效地提升電網係統安全保障的技術水平,就必須要使用智能控製技術;在輸電技術中看,對直流輸電技術和大規模的儲能技術的研發要不斷的加強與改善,進而將電網運行係統的可靠性和穩定性通過直流輸電技術展現出來,這樣就會通過大規模的蓄能技術降低並網的時候對電網的損害。與此同時,在對新能源相對貧乏地區或者新能源比較多的地區進行相互調度工作時,調度技術在工作的同時也得到了廣泛的應用,相應的技術水平也會隨之提高。


總結:由於新能源特性和我國現階段技術水平較低的原因,現階段的新能源並網在我國的電網電能應用上產生了一些消極的影響,較大程度的威脅著電力係統的安全穩定運行。(備注:按照歐洲發達國家的經驗,當光伏發電和風力發電超過總電網功率的6%時,就會影響電網的穩定運行,必須要加裝儲能裝置)因此,麵對這種情況,要讓相關人員以及有關政府部門對有關的技術和標準進行完善,保證在消除新能源並網在我國電網電能上帶來不良影響的同時,有效地推動我國電力係統的發展,最終提供給人們安全穩定的電力資源,保證人們的正常生產生活的需求,提高和改善人們的生活質量。


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