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风力光伏发电的电能质量评价

摘要:近年来,随着我国提出碳达峰、碳中和的具体时间节点来应对气候变

化融入国家经济社会发展中长期规划,对可再生能源支持力度不断加大,清洁能

源替代日益突显,风力发电、光伏发电装机容量持续大幅增长,光伏发电和风力

发电占全国整个新能源发电电量的80%以上,新能源发电装机容量已连续多年位

居世界前列。中国是世界上电力生产大国,也是电力消费大国。电力早已进入千

家万户,良好的电能质量对电网安全运行和经济运行、工业产品质量和效益以及

人民日常生活用电均有着重要的意义。

关键词:电压偏差;频率偏差;三相不平衡;波形畸变;电压波形

引言:风力和光伏发电与传统火力发电、水力发电有着不同的特点;不同于

水力火力发电,有着相对稳定、规律和持续性发电,风力光伏发电会产生间歇性

和随机性,因而引起电压波动、电压闪变。风力发电与光伏发电采用了许多电子

器件的等新能源设备,从而产生有害谐波等。因而通过测试和评价的来判断风力

光伏发电所产生的电压波动和闪变是否符合国家标准显得至关重要。

电能质量在一般情况下主要指电压质量、电流质量、供电质量、用电质量。

主要包括电压偏差、电压波动和闪变、频率差、三相不平衡、瞬时过电压、波形

畸变、电压暂降与短时中断、供电连续性。在狭义范围来看,电能质量的“偏差”

主要是指电网的波形与标准要求之间的符合度。我国理想电网电压为幅值确定、

频率为50Hz的三相正弦波形。电能质量多侧重于电压波形与标准要求波形之间

的符合度,用来反映供电企业向用户供给的电力是否合格。在实际的电网运行中,

由于负荷性质和电网结构的特点,相互之间的共同作用下,导致了电压波形偏离

了理想波形,从而产生了电能质量问题。电能质量相关的主要电力技术指标有:

供电电压偏差、电网谐波、频率偏差、三相不平衡、电压骤降、电压波动和闪变。

一.电压偏差。根据《电能质量供电电压偏差》(GB/T12325—2008)规定:

35KV及以上供电电压偏差不超±10%,25KV及以上电压偏差不超±7%。

二.电网谐波。谐波是一种波形畸变现象,其频率是基波的整数倍。谐波的

形成主要原因有:风力光伏新能源发电所用的电力设备和新技术的大量应用,以

及家用电器的大量使用。

三.频率的偏差。根据《电能质量电力系统频率偏差》(GB/T15945—2008)

规定了标准频率为,其正常电力网频率要求在50Hz±0.2Hz范围内。

四.三相电压不平衡。三相电压不平衡会出现负序分量。根据《电能质量三

相电压不平衡》(GB/15543—2008)规定、电网正常运行时,负序电压不平衡

度不超过2%,短时不超过4%。

五、电压骤降。电压骤降是指电压突然大幅度下跌,在工频条件下电压均方

根值减少到0.1~0.9倍额定电压之间、持续时间为10ms到1min的短时间电压变

动现象。电压降低幅值、持续时间和相位跳变是电压骤降的三个重要特征。

六、电压波动和闪变。《电能质量电压波动和闪变》(GB/T12326—2008)

规定,电压波动是指电压方根值一系列的连续改变,闪变是指灯光照度不稳定造

成的视感。《电能质量电压波动和闪变》(GB/T12326—2008)规定各级电压

下的闪变限值。

风力光伏发电利用的一次能源是随机的、波动的、间歇的风能与太阳能,通

过电力电子变流器等设备,将一次能源转换为清洁的电能,与传统的水电、火电

存在很大的差异,主要在与两面不同:一是,风力和阳光的变化会导致风电、光

伏发电出力出现间歇性、随机性,会引起电压的波动于闪变,而水电和火电不会

出现这种现象。二是,风电光电大量使用了电力电子设备装置,在发电过程中会

产生明显的非线性特性,从而引起谐波,水电和火电则不存在这方面的问题。由

于光伏、风力发电是随气候、季节等变化,容易出现随机性和间歇性,从而导致

有功出力呈现波动,有因电网大多为长距离送电力的,会导致网络潮流及节点电

压的变动。当风电光电发电渗透率较低时,新能源发电功率对电网频率影响并不

严重。这是得益于同区域内不同新能源机组出力随机波动有一定的互补性,电网

二次调频能力能削弱电网频率的波动。随着我国新能源发电的渗透率进一步逐年

提高,新能能源发电功率的波动对电网频率的影响也越来越大。当天气发生交到

的变化时,会导致风电光电输出的功率发生大幅度波动,从而引起电压偏差、闪

变、电压波动、频率变化等电能质量问题。电能质量下降,会导致电网系统出现

振荡

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