新能源發(fā)電站的電能質(zhì)量問題及諧波治理

　　[摘 要]我國作為能源消耗的大國，開發(fā)和利用新能源進(jìn)行生產(chǎn)是保障能源儲(chǔ)備量以及實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，新能源的主要形式都是由太陽或是地球通過運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的各種能源，包括風(fēng)能、光能、太陽能等，新能源相較于傳統(tǒng)能源而言，具有儲(chǔ)量大、污染少的優(yōu)點(diǎn)。本文主要針對新能源發(fā)電站的電能質(zhì)量問題及諧波治理問題進(jìn)行分析和討論。
　　[關(guān)鍵詞]新能源發(fā)電；電能質(zhì)量；諧波治理
　　中圖分類號(hào)：S703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0316-01
　　一、新能源發(fā)電的概述
　　隨著社會(huì)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電、燃料電池發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電獲得了非常大的應(yīng)用。新能源發(fā)電的目的是增加電力系統(tǒng)的電量，減少電力系統(tǒng)對一次能源的消耗。發(fā)展新能源、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為世界各國的重要發(fā)展戰(zhàn)略，新能源發(fā)電在新能源利用和開發(fā)中占有相當(dāng)大的份額。新能源發(fā)電可理解為將新能源即可再生資源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，如：太陽能、風(fēng)能、水能等資源轉(zhuǎn)化為電能或清潔的燃料，再應(yīng)用電力技術(shù)將一次能源轉(zhuǎn)換為高效清潔、運(yùn)輸使用方便的二次能源供人們使用。
　�。�1）風(fēng)能資源：可利用的風(fēng)能主要是參照有效風(fēng)能的密度和有效風(fēng)速年累計(jì)的小時(shí)數(shù)。我國幅員遼闊，其風(fēng)能密度大約可以達(dá)到每平方米三百瓦以上，風(fēng)速每秒三到二十米，年累計(jì)超過六千小時(shí)以上，其中可以利用的風(fēng)能儲(chǔ)備量大約為二點(diǎn)五億千瓦，全部算下來大約有十億左右的風(fēng)能儲(chǔ)備量；
　�。�2）太陽能資源：太陽能是氫原子核在超高溫時(shí)聚變釋放的巨大能量，就目前的資料顯示，我國的陸地表面主要接收太陽的總輻射已經(jīng)和一點(diǎn)七萬億噸標(biāo)煤相當(dāng)，具有很大的開采空間及利用價(jià)值。
　　二、新能源發(fā)電的工作原理以及發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)
　　1、風(fēng)力發(fā)電的工作原理
　　風(fēng)能是綠色的能源，是取之不盡、用之不竭的能源，合理的開發(fā)利用風(fēng)能可以避免能源枯竭的危機(jī)。風(fēng)力發(fā)電主要是利用風(fēng)力帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動(dòng)下將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由葉片、輪轂、調(diào)向器、限速的安全機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、塔架、控制系統(tǒng)等組成。
　　2、太陽能發(fā)電的工作原理
　　相比風(fēng)能來說，太陽能更具持久性。目前，太陽能發(fā)電中主要有光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種，其中光伏發(fā)電的技術(shù)更為成熟，因此國內(nèi)外太陽能發(fā)電項(xiàng)目多采用光伏發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換元件為太陽能電池板，太陽能電池板由半導(dǎo)體材料制作而成，在受到太陽光照射后，電池板內(nèi)電子將會(huì)由正電極向負(fù)電極移動(dòng)，而空穴也將會(huì)由負(fù)電極向正電極移動(dòng)，從而形成電流，實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電。太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、匯流設(shè)備、逆變器等部分組成。
　　三、新能源發(fā)電的電能質(zhì)量問題
　　為保證可再生能源的最大利用率，并網(wǎng)新能源發(fā)電系統(tǒng)都采用適當(dāng)控制策略盡可能保證有功功率的最大輸出，由于風(fēng)電場風(fēng)速（或光伏電站光照強(qiáng)度）動(dòng)態(tài)波動(dòng)變化，新能源并網(wǎng)發(fā)電站的輸出功率存在較大隨機(jī)波動(dòng)，間歇性的功率波動(dòng)將對大電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成不利影響。
　　1、諧波問題
　　一般來說，新能源并網(wǎng)發(fā)電站可以分為并網(wǎng)風(fēng)電場以及并網(wǎng)光伏發(fā)電站這兩類，由于并網(wǎng)光伏發(fā)電站逆變器中IGBT物理特性、逆變器使用脈寬調(diào)制控制方法過程中自身特性等因素的影響，并網(wǎng)光伏電站在運(yùn)行的過程中將會(huì)出現(xiàn)一定的電壓電流諧波，給電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成比較大的影響。而且導(dǎo)致這種諧波污染的因素比較多，舉例來說，類似于自然光照強(qiáng)度變化、物體的陰影效應(yīng)以及浮云的陰影效應(yīng)等在內(nèi)的光照強(qiáng)度變化都會(huì)使其輸出功率出現(xiàn)波動(dòng)間歇變化以及諧波污染。具體的發(fā)電過程中，電流諧波畸變率比較大的時(shí)間多處于處理較多的凌晨、傍晚或者多云的中午。
　　2、電壓波動(dòng)以及閃變問題
　　電力系統(tǒng)中，新能源發(fā)電站中機(jī)組由于出力、開停機(jī)是隨著波動(dòng)變化的，加之補(bǔ)償電容器投切因素的影響，使得電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓波動(dòng)以及閃變的問題。因此可以看出，導(dǎo)致電壓波動(dòng)以及閃變的最直接原因就在于發(fā)電站輸出功率的變化。其中對于風(fēng)力發(fā)電來說，影響其輸出功率的最大因素為風(fēng)速的變化，其湍流強(qiáng)度和電壓波動(dòng)以及閃變有著一定的正比例關(guān)系，當(dāng)前在這方面的研究也比較多。
　　而對于光伏發(fā)電站來說，影響其輸出功率的主要原因在于溫度以及光照強(qiáng)度的波動(dòng)變化，一般情況下，新能源在接入電網(wǎng)的過程中，其電網(wǎng)短路容量和電網(wǎng)的健壯性是成正比的，也就是說其電網(wǎng)短路容量越大，則光伏發(fā)電站的功率波動(dòng)和由于其啟停所導(dǎo)致的接入點(diǎn)電壓波動(dòng)、閃變也就越小。
　　四、新能源發(fā)電站的電能質(zhì)量優(yōu)化
　　1、新能源的電能質(zhì)量治理問題
　　智能電網(wǎng)及新能源發(fā)電對電能質(zhì)量治理的新需求主要可以表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。1）電力電子設(shè)備本身應(yīng)具備治理能力。2）治理裝置應(yīng)更加節(jié)能。3）治理設(shè)備應(yīng)具備綜合補(bǔ)償能力。4）應(yīng)該提供整套的解決方案。5）各電能質(zhì)量設(shè)備應(yīng)為智能電網(wǎng)的一部分，應(yīng)協(xié)調(diào)控制。目前，新能源接入標(biāo)準(zhǔn)（風(fēng)電接入標(biāo)準(zhǔn)、太陽能接入標(biāo)準(zhǔn)和儲(chǔ)能設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)）對設(shè)備接入提出了具體要求，希望能夠開發(fā)具備電能質(zhì)量治理能力的新型設(shè)備。以風(fēng)電為例，風(fēng)力發(fā)電的電能質(zhì)量問題包括異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率因數(shù)低、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的諧波問題以及設(shè)備低電壓穿越能力不足等。
　　2、微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理
　　微電網(wǎng)的電能質(zhì)量治理應(yīng)注意以下幾方面：一是微電網(wǎng)中電力電子裝置較多，電能質(zhì)量干擾源多種多樣，導(dǎo)致配置補(bǔ)償裝置比較復(fù)雜。二是微電網(wǎng)運(yùn)行方式多變，補(bǔ)償需要適應(yīng)各種不同情況。三是微電網(wǎng)一般較弱，電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置接入易出現(xiàn)諧振，應(yīng)具備諧振抑制功能。其主要研究的技術(shù)包括多能發(fā)電的容量匹配設(shè)計(jì)、直流系統(tǒng)調(diào)壓控制、交流系統(tǒng)穩(wěn)定控制、系統(tǒng)整體建模與分析、系統(tǒng)整體EMS控制策略及電能質(zhì)量分析與控制策略。
　　3、諧波閃變問題進(jìn)行控制
　　諧波問題會(huì)對電場產(chǎn)生較多的危害，還會(huì)對電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生更多的影響，使用新能源進(jìn)行發(fā)電的過程中需要對諧波做好管理，對系統(tǒng)當(dāng)中產(chǎn)生的諧波做好抑制管理。讓諧波的注入規(guī)定的電網(wǎng)諧波相一致。發(fā)電廠在對諧波電流進(jìn)行注入的過程當(dāng)中需要按照公用的連接方式對諧波園還有發(fā)電廠當(dāng)中的裝機(jī)容量進(jìn)行整合配合，只有這樣才能夠避免使用新能源進(jìn)行發(fā)電的過程中，不會(huì)讓諧波的問題產(chǎn)生，使用單一性的發(fā)電機(jī)做好發(fā)電的處理工作。避免出現(xiàn)單一性諧波電壓升高的情況，對電力系統(tǒng)的運(yùn)作產(chǎn)生影響。閃變問題的，處理就是使用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電的過程中按照風(fēng)力發(fā)電廠的相關(guān)連接進(jìn)行閃變感染之的分析，同時(shí)讓電壓還有閃變能夠在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)，讓電力的質(zhì)量得到滿足。風(fēng)力發(fā)電廠，會(huì)因?yàn)闀r(shí)間長短不同發(fā)生不同的變化，以此在處理的過程中需要按照電廠供電連接位置的總體容量做好具體比值的分配性問題，減少閃變現(xiàn)象的產(chǎn)生。
　　結(jié)束語
　　新能源的發(fā)電對于質(zhì)量要進(jìn)行更多方面的控制，尤其是電能的質(zhì)量還有具體的運(yùn)行情況，因此在以后的電力管理和發(fā)展過程當(dāng)中，還需要做好具體問題的具體分析，爭取減少諧波和閃電問題的產(chǎn)生，進(jìn)一步的促進(jìn)社會(huì)的全方面發(fā)展，在使用新能源進(jìn)行發(fā)電的過程中還要全面的提升用戶的電能使用質(zhì)量，讓整個(gè)電力行業(yè)都能夠又好又快的發(fā)展。
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