...于DSP的稳态电能质量监测及谐波治理研究.pdf
杨晓霞
[摘 要]我国作为能源消耗的大国，开发和利用新能源进行生产是保障能源储备量以及实现社会可持续发展的基础，新能源的主要形式都是由太阳或是地球通过运动产生的各种能源，包括风能、光能、太阳能等，新能源相较于传统能源而言，具有储量大、污染少的优点。本文主要针对新能源发电站的电能质量问题及谐波治理问题进行分析和讨论。
[关键词]新能源发电；电能质量；谐波治理
中图分类号：S703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0316-01
一、新能源发电的概述
随着社会的发展，风力发电、燃料电池发电、光伏发电等新能源发电获得了非常大的应用。新能源发电的目的是增加电力系统的电量，减少电力系统对一次能源的消耗。发展新能源、加强环境保护已经成为世界各国的重要发展战略，新能源发电在新能源利用和开发中占有相当大的份额。新能源发电可理解为将新能源即可再生资源进行转化，如：太阳能、风能、水能等资源转化为电能或清洁的燃料，再应用电力技术将一次能源转换为高效清洁、运输使用方便的二次能源供人们使用。
（1）风能资源：可利用的风能主要是参照有效风能的密度和有效风速年累计的小时数。我国幅员辽阔，其风能密度大约可以达到每平方米三百瓦以上，风速每秒三到二十米，年累计超过六千小时以上，其中可以利用的风能储备量大约为二点五亿千瓦，全部算下来大约有十亿左右的风能储备量；
（2）太阳能资源：太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，就目前的资料显示，我国的陆地表面主要接收太阳的总辐射已经和一点七万亿吨标煤相当，具有很大的开采空间及利用价值。
二、新能源发电的工作原理以及发电机的结构
1、风力发电的工作原理
风能是绿色的能源，是取之不尽、用之不竭的能源，合理的开发利用风能可以避免能源枯竭的危机。风力发电主要是利用风力带动叶轮转动，将风能转变为机械能，发电机在风轮轴的带动下将机械能转换为电能。风力发电机组主要由叶片、轮毂、调向器、限速的安全机构、发电机、塔架、控制系统等组成。
2、太阳能发电的工作原理
相比风能来说，太阳能更具持久性。目前，太阳能发电中主要有光热发电和光伏发电两种，其中光伏发电的技术更为成熟，因此国内外太阳能发电项目多采用光伏发电技术。光伏发电的能量转换元件为太阳能电池板，太阳能电池板由半导体材料制作而成，在受到太阳光照射后，电池板内电子将会由正电极向负电极移动，而空穴也将会由负电极向正电极移动，从而形成电流，实现太阳能发电。太阳能发电系统主要由太阳能电池板、汇流设备、逆变器等部分组成。
三、新能源发电的电能质量问题
为保证可再生能源的最大利用率，并网新能源发电系统都采用适当控制策略尽可能保证有功功率的最大输出，由于风电场风速（或光伏电站光照强度）动态波动变化，新能源并网发电站的输出功率存在较大随机波动，间歇性的功率波动将对大电网的电能质量造成不利影响。
1、谐波问题
一般来说，新能源并网发电站可以分为并网风电场以及并网光伏发电站这两类，由于并网光伏发电站逆变器中IGBT物理特性、逆变器使用脉宽调制控制方法过程中自身特性等因素的影响，并网光伏电站在运行的过程中将会出现一定的电压电流谐波，给电网的电能质量造成比较大的影响。而且导致这种谐波污染的因素比较多，举例来说，类似于自然光照强度变化、物体的阴影效应以及浮云的阴影效应等在内的光照强度变化都会使其输出功率出现波动间歇变化以及谐波污染。具体的发电过程中，电流谐波畸变率比较大的时间多处于处理较多的凌晨、傍晚或者多云的中午。
2、电压波动以及闪变问题
电力系统中，新能源发电站中机组由于出力、开停机是隨着波动变化的，加之补偿电容器投切因素的影响，使得电网中出现电压波动以及闪变的问题。因此可以看出，导致电压波动以及闪变的最直接原因就在于发电站输出功率的变化。其中对于风力发电来说，影响其输出功率的最大因素为风速的变化，其湍流强度和电压波动以及闪变有着一定的正比例关系，当前在这方面的研究也比较多。
而对于光伏发电站来说，影响其输出功率的主要原因在于温度以及光照强度的波动变化，一般情况下，新能源在接入电网的过程中，其电网短路容量和电网的健壮性是成正比的，也就是说其电网短路容量越大，则光伏发电站的功率波动和由于其启停所导致的接入点电压波动、闪变也就越小。
四、新能源发电站的电能质量优化
1、新能源的电能质量治理问题
智能电网及新能源发电对电能质量治理的新需求主要可以表现为以下几点。1）电力电子设备本身应具备治理能力。2）治理装置应更加节能。3）治理设备应具备综合补偿能力。4）应该提供整套的解决方案。5）各电能质量设备应为智能电网的一部分，应协调控制。目前，新能源接入标准（风电接入标准、太阳能接入标准和储能设备接入标准）对设备接入提出了具体要求，希望能够开发具备电能质量治理能力的新型设备。以风电为例，风力发电的电能质量问题包括异步风力发电机功率因数低、双馈风力发电机和永磁直驱风力发电机的谐波问题以及设备低电压穿越能力不足等。
2、微电网电能质量治理
微电网的电能质量治理应注意以下几方面：一是微电网中电力电子装置较多，电能质量干扰源多种多样，导致配置补偿装置比较复杂。二是微电网运行方式多变，补偿需要适应各种不同情况。三是微电网一般较弱，电能质量补偿装置接入易出现谐振，应具备谐振抑制功能。其主要研究的技术包括多能发电的容量匹配设计、直流系统调压控制、交流系统稳定控制、系统整体建模与分析、系统整体EMS控制策略及电能质量分析与控制策略。
3、谐波闪变问题进行控制
谐波问题会对电场产生较多的危害，还会对电力系统的生产运行产生更多的影响，使用新能源进行发电的过程中需要对谐波做好管理，对系统当中产生的谐波做好抑制管理。让谐波的注入规定的电网谐波相一致。发电厂在对谐波电流进行注入的过程当中需要按照公用的连接方式对谐波园还有发电厂当中的装机容量进行整合配合，只有这样才能够避免使用新能源进行发电的过程中，不会让谐波的问题产生，使用单一性的发电机做好发电的处理工作。避免出现单一性谐波电压升高的情况，对电力系统的运作产生影响。闪变问题的，处理就是使用风力进行发电的过程中按照风力发电厂的相关连接进行闪变感染之的分析，同时让电压还有闪变能够在允许的范围内波动，让电力的质量得到满足。风力发电厂，会因为时间长短不同发生不同的变化，以此在处理的过程中需要按照电厂供电连接位置的总体容量做好具体比值的分配性问题，减少闪变现象的产生。
结束语
新能源的发电对于质量要进行更多方面的控制，尤其是电能的质量还有具体的运行情况，因此在以后的电力管理和发展过程当中，还需要做好具体问题的具体分析，争取减少谐波和闪电问题的产生，进一步的促进社会的全方面发展，在使用新能源进行发电的过程中还要全面的提升用户的电能使用质量，让整个电力行业都能够又好又快的发展。
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