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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

更新時間:2024-07-08      點擊次數(shù):256


當(dāng)前,社會經(jīng)濟發(fā)展對能源資源需求不斷增加,為減少對傳統(tǒng)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(fā)電并網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴大,由此也暴露了一些問題,如新能源發(fā)電并網(wǎng)占比增大后,電網(wǎng)運行穩(wěn)定性受到影響,電能質(zhì)量下降,如何解決此類問題直接關(guān)系到新能源發(fā)電技術(shù)的未來進一步推廣運用。

1新能源的發(fā)電狀況

.          根據(jù)新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,我國新能源發(fā)電一直保持平穩(wěn)增長,截2019年年底,我國新能源發(fā)電裝機容4.1×108kW。預(yù)2030、2050年我國新能源裝機將分別達1.15×109kW2.80×109kW,占全國電源總裝機的比重提升40%、53%。2019年我國三北地區(qū)(華北、東北、西北)風(fēng)電裝機容1.27×108kW;8個省級電力公司經(jīng)營區(qū)風(fēng)電裝機均超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(qū)太陽能發(fā)電累計裝機容量1.03×108kW;8個?。ㄗ灾螀^(qū))太陽能發(fā)電裝機超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)也存在一些問題需要解決,如:新能源發(fā)電出力不穩(wěn)、隨機波動,給電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、運行管理帶來了巨大的壓力。結(jié)合實踐分析可知,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(wěn)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

.       饋線穩(wěn)態(tài)電壓。當(dāng)前我國電力系統(tǒng)主要是采用投切電容器、改變有載調(diào)壓變壓器分接頭的方式實現(xiàn)調(diào)壓。新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模增大后,其功率波動性影響變大,造成整個電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)難度增大,原有調(diào)壓方案往往無法滿足電網(wǎng)實際運行要求。如1所示即為新能源發(fā)電并網(wǎng)前后饋線電壓的變化情況,由圖分析可知,并網(wǎng)后饋線后端節(jié)點的電壓將越限,對此必須要根據(jù)并網(wǎng)情況合理改進調(diào)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(fēng)速變化影響風(fēng)電場輸出功率,需根據(jù)實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、溫度波動變化,也會導(dǎo)致電站輸出功率出現(xiàn)變化。當(dāng)新能源發(fā)電并網(wǎng)的電網(wǎng)短路容量大,則表明區(qū)域電網(wǎng)堅強,相應(yīng)的并網(wǎng)后引發(fā)的電壓波動、閃變均較小,若是電網(wǎng)較為薄弱,必須合理規(guī)劃并網(wǎng)點、電壓等級。

img1 

1新能源發(fā)電并網(wǎng)前后饋線電壓

2.2對電網(wǎng)頻率的影響

2所示,當(dāng)新能源在電網(wǎng)中占比較小時,對電網(wǎng)頻率影響較小,而隨著新能源發(fā)電量在電網(wǎng)占比的增大,容易造成電網(wǎng)內(nèi)頻率波動,直接影響電能質(zhì)量。對此,必須加強新能源發(fā)電出力波動性、間歇性分析,將電網(wǎng)運行調(diào)度與新能源發(fā)電電功率預(yù)測相結(jié)合。

img2 

2新能源發(fā)電穿透功率較小時電網(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)電場為主,其在諧波方面的影響如下:1)并網(wǎng)光伏電站運行時,光照變化會導(dǎo)致光伏電站輸出功率出現(xiàn)波動間歇變化、引發(fā)諧波污染。2)風(fēng)電場并網(wǎng)諧波主要來源機組電力電子裝置、風(fēng)電場并聯(lián)補償電容器與線路電抗諧振作用。

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(dǎo)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)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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(xiàn)在以下幾個方面:1)電壓暫降、偏差:電網(wǎng)運行中電壓暫降、偏差情況的出現(xiàn),極易導(dǎo)致一些設(shè)備無法正常運行,如:自動化控制裝置誤動、系統(tǒng)失靈等,甚至出現(xiàn)長時間無法正常工作的情況,引發(fā)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(chǎn)線無法正常工作等。3)諧波:諧波污染對電網(wǎng)的危害大,包括:電力線路附加損耗、諧波影響設(shè)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(zhì)量的處理措施

針對上述問題可知,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(xù)穩(wěn)步發(fā)展,必須要采取以下處理措施:1)安裝電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置。在電網(wǎng)運行中,改善電能質(zhì)量常見的方法就是安裝動態(tài)無功補償裝置,快速調(diào)節(jié)無功功率,保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。動態(tài)無功補償器的主要安裝位置為新能源出口低壓側(cè),根據(jù)接入點電壓偏差量控制所補償?shù)臒o功,穩(wěn)定接入點電壓。針對新能源并網(wǎng)導(dǎo)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(wǎng)穩(wěn)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,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(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看,其功率密度高、充電速度快,可有效解決瞬時停電、電壓暫/驟升等問題,平滑電壓波動。

此外,為應(yīng)對未來新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴大,應(yīng)從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)入手,通過改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、合理選用線路電/電阻之比,有效抑制并網(wǎng)引發(fā)的電壓波動、閃變問題;同時新能源技術(shù)方面,還需不斷革新,切實減少機組啟停次數(shù)、減小輸出功率變化情況,切實保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4安科瑞產(chǎn)品選型

名稱

型號

圖片

功能

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

APView500

img3 

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

1USB接口

電能質(zhì)量監(jiān)測儀表

APM830

img4 

網(wǎng)絡(luò):三相三線,三相四線

功能:全電量測量、電能統(tǒng)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(IU、kW、kyar、kWh、kvarhHz、cas)、電能統(tǒng)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(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富DI/DO模塊、A0

塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊,可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控

有源諧波治理系統(tǒng)

AnSin/??-G 

img6 

DSP+FPGA全數(shù)字控制方式,并聯(lián)在系統(tǒng)中,兼補諧波和無功;

兼補諧波和無功,可251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(shù)校正功能;

具備動態(tài)過溫降載功能;

有源諧波治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測、治理與設(shè)備運維等功能外,亦可通過接AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺,為用戶提供遠程在線服務(wù)。

有源無功補償系統(tǒng)

AnCos/??-G 

img7 

具備無功功率線性補償、三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能,同時可濾5、7、11、13次以內(nèi)的諧波;

具備自動檢測運行、測量監(jiān)視和定值設(shè)定功能;

具備智能散熱和無極調(diào)速的功能;

具備動態(tài)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(tǒng)配備有數(shù)據(jù)處理與分析平臺,通過對采集到的用戶現(xiàn)場數(shù)據(jù)與補償設(shè)備補償算法相結(jié)合,為用戶提供定制化的電能質(zhì)量治理服務(wù)。

混合動態(tài)諧波無功補償系統(tǒng)

AnCos/??-G 

img8 

核心元器IGBT選用英飛凌等進口品牌,響應(yīng)時間快,精度高、運行穩(wěn)定;

采用全數(shù)字、模塊化控制方式,采DSPFPGA高速檢測和運算的數(shù)字控制系統(tǒng)監(jiān)控及顯示系統(tǒng);

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(wěn)定電壓的功能;

諧波補償次數(shù)2-51次,可231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PC機進行實時監(jiān)控;

分層式系統(tǒng)設(shè)計,三層系統(tǒng)各自獨立且相互耦合?;诠?/span>Flutter框架構(gòu)建的遙信、遙控軟件平臺,具備遠程服務(wù)與數(shù)據(jù)處理功能,并支IOS、安卓、PC多平臺交互。

5結(jié)束語

新能源發(fā)電技術(shù)具有清潔、可再生的特點,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(dǎo)致供電質(zhì)量下降,重則直接導(dǎo)致相關(guān)生產(chǎn)工作無法正常開啟。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(tǒng)穩(wěn)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(yīng)用》,2020

.       李娜.新能源發(fā)電將邁向高質(zhì)量發(fā)展新階[N].國家電網(wǎng),2020-01-21(008).

.       張偉,潘宇,崔志,張衛(wèi).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(shè)計與應(yīng)用手.2022.05.

 


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