学文网[摘 要] 现阶段，电力资源已经成为人们日常工作生活必不可少的资源。在科技经济高速发达的同时，能源的消耗也在不断地加剧。从全球范围来看，能源紧缺的危机已经成为全球性的共同问题，新能源技术的发展与创新已经成为当前亟待解决的问题。同样在电力行业，为了解决能源危机，清洁能源发电技术应运而生。本文从清洁能源接入对城市电网的发展进行分析研究，分析城市电网造成的影响，以供业内人士参考借鉴。
[关键词] 清洁能源；城市电网；对接
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2015 . 17. 082
[中***分类号] F426 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2015）17- 0159- 03
1 我国清洁能源发电的利用
1.1 水电
现阶段，我国电力发电的主要类型之一仍然是水力发电。但是我国水资源分布不均匀，且质量不高，水力发电会受到季节性丰水期、枯水期的影响，稳定性不高，调节能力较差，因此我国利用水力发电的程度不高。在我国，三峡水电站有效地缓解了我国电力供应紧张的问题。从水力发电来看，水力发电无污染、无能源消耗，且具有可循环利用的特点，因此值得进一步开发利用。
1.2 太阳能发电
据不完全统计，我国太阳能资源十分丰富，我国能接收到的太阳能辐射总量约为930～2 330（KW・h）/（m2・a）。现阶段，我国太阳能发电技术取得了相当大的成就，而且光伏发电技术已经具有了一定的规模，我国许多城市已经建立起太阳能电池的专业生产厂家，其中在7个没有水、没有电的县域内已经全部建立起光伏电站。
l.3 风能发电
从1996年开始，我国建立的风电场出现跨越式发展。据不完全统计，我国风能资源可开发利用量为253GW，其中在内蒙古、***以及东南沿海一些地区，有效的风能密度通常大于200W/m2，有效的风力时间均超过了70%。据统计，截至2004年底，我国14个省、市、自治区已经建立起43座风电场，累计运行风力发电机组1 291台。而江苏如东100MW风电场、如东150MW第二风电场、东台1 000MW风电场在2015年将全部投入运行。
1.4 海洋能发电
我国海洋能资源丰富，其中大陆的海岸线长达1.8万千米。根据全国沿海普查资料，全国可开发的潮汐能装机容量为21.73GW，年发电量为61.9TW・h；浙闽两省为高潮差区，可开发装机容量19.24GW，年发电量55TW・h；全国沿海波浪能资源理论平均功率为12.85GW，潮流能14GW。此外，我国还有丰富的温差能和盐差能资源，理论发电装机量近1.5TW。目前，我国在运行发电的潮汐电站有7座，总装机容量5 930kW，年发电量10 210MW・h。最早的沙山潮汐电站于1961年建成发电，装机量40kW，最大的浙江江厦潮汐电站于1980年开始发电，装机量3 200kW，年发电量约60GW・h。
1.5 生物质能发电
农业结构以及生产是生物质能资源的基础，而我国恰恰是农林业大国，因此生物质能资源丰富，薪材、稻壳、秸秆以及城市有机废物能源等都是大量可用于发电的生物质能资源，除此之外，还有大量的工业废水、垃圾以及城市生活污水。但是在现阶段，我国的生物质能发电开发利用的规模还很小。据不完全统计，在20世纪70年代我国开始试验稻壳等作物发电以来，总的发电量大约为5MW，其中发展出140个左右的小型发电装置，容量约为2MW。现阶段，国外的城市垃圾发电技术发展迅速，我国与国际接轨，也引进了先进发电设备，建设出发电装机容量为4MW的垃圾发电站。
2 清洁能源接入对城市电网的影响
2.1 清洁能源对馈线稳态电压的影响
在电力系统中，电压的调节通常是将通过电容器投切或者将有载调压变压器的分接头调压改变来实现的，而其他的动态无功调节设备就很少配置。如果在城市电网中接入清洁能源的比例较大，那么电网电路的负荷潮流容易受到清洁能源发电站功率波动的影响产生较大的波动，这样就加大了调正电网正常运行电压的难度。如此一来，在原有调压方案不变的情况下，新能源发电站接入以后的城市电网的电压要求就难以得到满足。当城市电网中没有接入清洁能源的时候，配电馈线的节点电压都在正常限制的范围内，而当清洁能源接入城市电网低压侧时，因为变压器功率减少，馈线后端节点的电压就会越限。如果按照城市电网原有的调压方案就可能降低使用户侧电压水平，因此在清洁能源接入城市电网之后的调压方案必须要进行改革。
当清洁能源发电站与主变电站距离较远的时候，馈线电压会上升很高。由于在最小运行方式下，新能源发电站容量相对于负荷的比例大，使得电站上游输送的功率减小甚至出现逆流，从而使得最小运行方式下，新能源发电站不同位置并网的馈线电压分布，与最大运行方式相比馈线电压有着较大的上升。可见接入位置分散时的电压曲线比电源集中时电压曲线要平滑，布置越分散则馈线末端节点的电压也被抬得越高。
清洁能源的输电线路阻抗、发电穿透功率以及接入电网短路容量等3方面因素，共同决定了清洁能源发电站与城市电网公共连接点的电压稳态变化。以某地区50MW风电场公共连接点电压为研究对象，可以从其输出功率波动的实测曲线中看出来，城市电网在一定程度上受到风电场功率输出的支撑，且城市电网的电压支撑强度会随着风电场的有功输出变大而变大。据调查，该风电场的无功输出基本上是在0.5～1.0Mvar范围内，城市电网电压的稳态也会受此影响。
2.2 清洁能源对电网电压波动和闪变的影响
清洁能源接入城市电网之后，其机组的开机停机、补偿电容器投切以及能源波动变化，都会造成城市电网电压的波动以及闪变。由此可以看出来，城市电网电压的波动以及闪变主要是由于受到清洁能源发电站输出功率波动而引起的。在风力发电过程中，风速的变化是造成风电场输出功率波动的主要原因，换句话说，城市电网电压的波动以及闪变与风速的变化呈正比的关系。
将风电机组中的恒速定桨距与变桨距在切换过程中产生的电压波动以及闪变进行分析，并研究了电压波动以及闪变在持续运行过程中的状态，结果发现电压波动以及闪变在切换过程中比持续运行过程中要大，而在恒速变桨距的风电机组之间得出的结论却是与此相反的。
因此，在清洁能源接入城市电网之后，其电压波动以及闪变都可以通过变速恒频风电机组的平滑功率，来减小由于功率波动而造成的影响。不同的控制方式适用于不同的风速区域，在风电机组连续运行过程中，由于不同的风速具有不同的特点，城市电网电压的闪变也可能在低风速区域逐渐变大，因此在高风速区与低风速区要采取不同的控制方式。
在光伏发电站中，光照的强度以及温度都会引起输出功率的变化。通常情况下，城市配电网络越坚强，清洁能源发电站所能够接入的容量就越大，而由于清洁能源发电站的功率波动、开机停机造成的城市电网电压波动以及闪变就越小。如果城市的电网较为薄弱，那么在接入清洁能源的时候，需要在设计时，将并网点以及电压等级进行合理地选择。
为了分析新能源发电站的功率波动所引起的电网电压波动，需要区分新能源发电站和电网其他部分产生的电压波动，其中可以通过对接入电网的风电场进行电流源等效，将实际测量的风电场的输出电流分解为有限数量正弦波形，建立计算全电网电压波动的频域分析方法。
2.3 新能源发电对电网频率的影响
在电力系统的运行中，很少会出现频率异常的状况。在光伏发电并入城市电网之后，在光伏发电容量较小时，即便是多台机组进行投切，也并不会出现城市电网频率越限的情况。但是，随着城市电网中并入的清洁能源发电站容量增大之后，城市电网的频率会受到清洁能源机组出力时随机性的影响而出现波动，这无论是对于用户还是城市电网本身都会产生不良影响。将城市电网受到风电场功率波动的影响转变为一个等效传递函数，也就是风电场输出功率波动以及火电组转速变化的传递函数，以此为依据将系统频率受到风电功率波动影响的评估模型建立起来，由此得出城市电网在火电机组的自动发电控制系统功率为0.01～1.0Hz时所受到的影响最大。因此，在大量的清洁能源接入城市电网的时候，要对清洁能源发电时产生的波动性以及间歇性进行充分地考虑，并将清洁能源发电的功率预测以及电网运行的调度相互结合起来。
3 结束语
面对不断枯竭的传统能源，人类生存发展对于能源的需求却仍然在不断地增长。电力资源作为现今能源的最大使用者，其能源消耗是十分巨大的，因此新能源***已经在全球范围内开始倡导。清洁能源包括风能、太阳能、海洋能、生物能，这些能源不但没有污染，而且是取之不尽、用之不竭的。人们对于电力的需求已经导致能源巨大地消耗以及负荷，因此在智能电网中接入清洁能源是现如今电力行业可持续发展的方向。但是，当前清洁能源接入城市电网过程中还存在着许多的问题，清洁能源的接入缺乏可靠性地保障，因此需要对其进行更为深层地研究。能源是人类赖以生存的物质基础，加大对清洁能源的开发利用，是人类社会发展的必然趋势。
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