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可再生能源的电能质量问题

可再生能源发电的快速崛起,与传统化石能源的日益短缺以及科学技术的进步密切相关。近年来,各国政府纷纷出台政策大力发展可再生能源,促进了风电、太阳能等可再生能源技术的快速发展。我国可再生能源资源丰富,可再生能源发电有着广阔的市场前景。良好的电能质量对于保障电力系统安全、稳定的运行具有重要意义,可再生能源发电带来的电能质量问题已成为行业急需解决的问题。

清华大学电机工程与应用电子技术系教授姜齐荣

可再生能源发电并网需要许多的电力电子设备,其特点是对电能质量十分敏感,抗干扰能力差。由于可再生能源发电机组的响应速度比传统的机械发电机组要快几个数量级,对电磁暂态的稳定性有着较大的影响,一但出现故障就会造成电力电子装置的快速切机,从而导致电网功率出现不平衡。此外,可再生能源发电装置一般通过调制的方法并入电网,并网时会产生一定的谐波和直流分量。谐波电流注入电力系统后,会引起电网电压发生畸变。同时,可再生能源发电装置接入到电力系统引起的振荡问题也非常突出,会造成电力系统继电保护装置动作,引发自动跳闸,从而影响整个电力系统的安全运行。

针对可再生能源引起的电能质量问题,姜齐荣认为可以采取一些必要的技术措施来进行治理。一是,政府主管部门出台相关标准,规范可再生能源的并网设备特性,对并网的相关参数提出要求,以减少谐波、电压波动等对电网的冲击。在此,我们要强调的是,不能因为追求过高的参数要求,而影响了可再生能源的发电效率和发电成本。二是,我们可以在电网中采取一些必要的措施来治理电能质量。例如,针对功率因数、电压波动与闪变的治理技术,可以采用并联电容器组或静止无功补偿装置(DSTATCOM)。DSTATCOM是基于IGBT构成的用于配电系统的STATCOM,其特点是不会改变系统特性,不会引起谐波电流放大,不会引起谐振;无功容量与节点电压大小无关,低压特性好;动态响应速度快,特别适合抑制电压波动与闪变,节能效果明显;输出电流谐波含量小,不需外加滤波器;可以同时具有无功及低次谐波补偿功能;零输出可闭锁,仅补偿时才有损耗,总运行损耗小。此外,我们还可以采用传统的有源或无源滤波器来治理电力系统的谐波;或者尝试一下采用定制电力技术的方法来解决可再生能源的电能质量问题。

可再生能源是一种清洁的、可再生的新型资源,随着可持续发展战略的推进,可再生能源发电的市场规模还将持续扩大。优化可再生能源发电,提高发电的电能质量,还有许多工作需要我们去做。