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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

更新時(shí)間:2024-07-08      點(diǎn)擊次數:68


當前,社會(huì )經(jīng)濟發(fā)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(lài),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(fā)電并網(wǎng)規模持續擴大,由此也暴露了一些問(wèn)題,如新能源發(fā)電并網(wǎng)占比增大后,電網(wǎng)運行穩定性受到影響,電能質(zhì)量下降,如何解決此類(lèi)問(wèn)題直接關(guān)系到新能源發(fā)電技術(shù)的未來(lái)進(jìn)一步推廣運用。

1新能源的發(fā)電狀況

.          根據新統計數據顯示,我國新能源發(fā)電一直保持平穩增長(cháng),截2019年年底,我國新能源發(fā)電裝機容4.1×108kW。預2030、2050年我國新能源裝機將分別達1.15×109kW、2.80×109kW,占全國電源總裝機的比重提升40%、53%。2019年我國三北地區(華北、東北、西北)風(fēng)電裝機容1.27×108kW;8個(gè)省級電力公司經(jīng)營(yíng)區風(fēng)電裝機均超過(guò)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(yáng)能發(fā)電累計裝機容量1.03×108kW;8個(gè)?。ㄗ灾螀^)太陽(yáng)能發(fā)電裝機超過(guò)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(fā)電并網(wǎng)也存在一些問(wèn)題需要解決,如:新能源發(fā)電出力不穩、隨機波動(dòng),給電網(wǎng)規劃建設、運行管理帶來(lái)了巨大的壓力。結合實(shí)踐分析可知,新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量必將差生巨大影響,對此必須加強相關(guān)研究,提出可靠的處理方案,在不斷提高新能源發(fā)電利用率的同事,保證電網(wǎng)穩定、可靠運行。

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

2.1對電網(wǎng)電壓的影響

.       饋線(xiàn)穩態(tài)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(shí)現調壓。新能源發(fā)電并網(wǎng)規模增大后,其功率波動(dòng)性影響變大,造成整個(gè)電網(wǎng)電壓調節難度增大,原有調壓方案往往無(wú)法滿(mǎn)足電網(wǎng)實(shí)際運行要求。如1所示即為新能源發(fā)電并網(wǎng)前后饋線(xiàn)電壓的變化情況,由圖分析可知,并網(wǎng)后饋線(xiàn)后端節點(diǎn)的電壓將越限,對此必須要根據并網(wǎng)情況合理改進(jìn)調壓方案。

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

img1 

1新能源發(fā)電并網(wǎng)前后饋線(xiàn)電壓

2.2對電網(wǎng)頻率的影響

2所示,當新能源在電網(wǎng)中占比較小時(shí),對電網(wǎng)頻率影響較小,而隨著(zhù)新能源發(fā)電量在電網(wǎng)占比的增大,容易造成電網(wǎng)內頻率波動(dòng),直接影響電能質(zhì)量。對此,必須加強新能源發(fā)電出力波動(dòng)性、間歇性分析,將電網(wǎng)運行調度與新能源發(fā)電電功率預測相結合。

img2 

2新能源發(fā)電穿透功率較小時(shí)電網(wǎng)頻率變化

2.3對電網(wǎng)諧波的影響

我國新能源并網(wǎng)主要以光伏發(fā)電站、風(fēng)電場(chǎng)為主,其在諧波方面的影響如下:1)并網(wǎng)光伏電站運行時(shí),光照變化會(huì )導致光伏電站輸出功率出現波動(dòng)間歇變化、引發(fā)諧波污染。2)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)諧波主要來(lái)源機組電力電子裝置、風(fēng)電場(chǎng)并聯(lián)補償電容器與線(xiàn)路電抗諧振作用。

3電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的危害與處理措施

大量新能源發(fā)電并網(wǎng)極易導致電網(wǎng)電能質(zhì)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(fā)展奠定堅實(shí)的基礎。

3.1電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的危害

電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的危害主要表現在以下幾個(gè)方面:1)電壓暫降、偏差:電網(wǎng)運行中電壓暫降、偏差情況的出現,極易導致一些設備無(wú)法正常運行,如:自動(dòng)化控制裝置誤動(dòng)、系統失靈等,甚至出現長(cháng)時(shí)間無(wú)法正常工作的情況,引發(fā)嚴重的后果。2)電壓波動(dòng)、閃變:常見(jiàn)問(wèn)題有燈光閃爍、電視機亮度頻繁變化、生產(chǎn)線(xiàn)無(wú)法正常工作等。3)諧波:諧波污染對電網(wǎng)的危害大,包括:電力線(xiàn)路附加損耗、諧波影響設備運行、電容器組諧振、自動(dòng)裝置與繼電保護誤動(dòng)。

3.2電能質(zhì)量的處理措施

針對上述問(wèn)題可知,新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響較大,為保證我國新能源產(chǎn)業(yè)持續穩步發(fā)展,必須要采取以下處理措施:1)安裝電能質(zhì)量調節裝置。在電網(wǎng)運行中,改善電能質(zhì)量常見(jiàn)的方法就是安裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置,快速調節無(wú)功功率,保證電網(wǎng)電壓穩定。動(dòng)態(tài)無(wú)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(diǎn)電壓偏差量控制所補償的無(wú)功,穩定接入點(diǎn)電壓。針對新能源并網(wǎng)導致的諧波問(wèn)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(wǎng)穩定運行。其中,光伏電站并網(wǎng),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(fēng)力發(fā)電場(chǎng),可在諧波水平較高母線(xiàn)上安裝靜止無(wú)功補償器,綜合濾除諧波。2)采用超級電容器改善電能質(zhì)量。超級電容器作為一種儲能裝置,可有效控制電網(wǎng)有功、無(wú)功功率,改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。從超級電容器自身性能分析來(lái)看,其功率密度高、充電速度快,可有效解決瞬時(shí)停電、電壓暫/驟升等問(wèn)題,平滑電壓波動(dòng)。

此外,為應對未來(lái)新能源發(fā)電并網(wǎng)規模的持續擴大,應從電網(wǎng)結構入手,通過(guò)改善電網(wǎng)結構、合理選用線(xiàn)路電/電阻之比,有效抑制并網(wǎng)引發(fā)的電壓波動(dòng)、閃變問(wèn)題;同時(shí)新能源技術(shù)方面,還需不斷革新,切實(shí)減少機組啟停次數、減小輸出功率變化情況,切實(shí)保證電網(wǎng)系統的穩定運行。

4安科瑞產(chǎn)品選型

名稱(chēng)

型號

圖片

功能

電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置

APView500

img3 

16 路交流電/電流通道,16 路可編程無(wú)源繼電器出口、22 路有源開(kāi)關(guān)量輸入通道,2 RS485 接口,4 路以太網(wǎng)接口; 1  GPS 對時(shí)接口,支 IRIG-B 對時(shí)方式;1  RS232 接口;

1USB接口

電能質(zhì)量監測儀表

APM830

img4 

網(wǎng)絡(luò ):三相三線(xiàn),三相四線(xiàn)

功能:全電量測量、電能統計、電能質(zhì)量分析、錄波功能、事件記錄功能

精度0.5S

多功能網(wǎng)絡(luò )電力儀表

APM520

img5 

具有三(I、U、kW、kyar、kWh、kvarh、Hz、cas)、電能統計、電能質(zhì)

量分(包括諧波、間諧波、閃)、故障錄波功(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記)、事件記錄功能及網(wǎng)絡(luò )通訊等功能,主要用于電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監控。該系列儀表配有功能豐富DI/DO模塊、A0

塊、無(wú)線(xiàn)通訊模塊、漏電測溫模塊,可以靈活實(shí)現電氣回路全電量測量及開(kāi)關(guān)狀態(tài)監控

有源諧波治理系統

AnSin/??-G 

img6 

DSP+FPGA全數字控制方式,并聯(lián)在系統中,兼補諧波和無(wú)功;

兼補諧波和無(wú)功,可251次諧波進(jìn)行全補償或特定次諧波進(jìn)行補償;

具備完善的橋臂過(guò)流、直流過(guò)壓保護、裝置過(guò)溫保護功能;

具備超前和滯后的功率因數校正功能;

具備動(dòng)態(tài)過(guò)溫降載功能;

有源諧波治理系統除作為本地終端為用戶(hù)提供電能質(zhì)量監測、治理與設備運維等功能外,亦可通過(guò)接AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺,為用戶(hù)提供遠程在線(xiàn)服務(wù)。

有源無(wú)功補償系統

AnCos/??-G 

img7 

具備無(wú)功功率線(xiàn)性補償、三相電流平衡治理和穩定電壓的功能,同時(shí)可濾5、7、11、13次以?xún)鹊闹C波;

具備自動(dòng)檢測運行、測量監視和定值設定功能;

具備智能散熱和無(wú)極調速的功能;

具備動(dòng)態(tài)擴容功能,支持插拔,方便更換;

具備過(guò)壓切除、過(guò)壓閉鎖、欠壓切除、超溫告警等保護功能;

有源無(wú)功補償系統配備有數據處理與分析平臺,通過(guò)對采集到的用戶(hù)現場(chǎng)數據與補償設備補償算法相結合,為用戶(hù)提供定制化的電能質(zhì)量治理服務(wù)。

混合動(dòng)態(tài)諧波無(wú)功補償系統

AnCos/??-G 

img8 

核心元器IGBT選用英飛凌等進(jìn)口品牌,響應時(shí)間快,精度高、運行穩定;

采用全數字、模塊化控制方式,采DSPFPGA高速檢測和運算的數字控制系統監控及顯示系統;

同時(shí)具備諧波治理、無(wú)功功率線(xiàn)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231次諧波電流進(jìn)行全補償,或僅對諧波進(jìn)行補償;

具備遠程通訊接口功能,并可通過(guò)PC機進(jìn)行實(shí)時(shí)監控;

分層式系統設計,三層系統各自獨立且相互耦合?;诠?/span>Flutter框架構建的遙信、遙控軟件平臺,具備遠程服務(wù)與數據處理功能,并支IOS、安卓、PC多平臺交互。

5結束語(yǔ)

新能源發(fā)電技術(shù)具有清潔、可再生的特點(diǎn),但是其并網(wǎng)后對電網(wǎng)電能質(zhì)量存在較大的不利影響,輕則導致供電質(zhì)量下降,重則直接導致相關(guān)生產(chǎn)工作無(wú)法正常開(kāi)啟。對此,必須要明確新能源發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓、頻率、諧波等方面的影響情況,并采取針對性處理措施,保證電力系統穩定運行。

參考文獻

.       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].《集成電路應用》,2020

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.       張偉,潘宇,崔志,張衛.我國新能源發(fā)電發(fā)展思路探[J].中國能,2012,34(04):26-28+41.

.       [4]企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手.2022.05.

 


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