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摘要：可再生能源发电是来电力市场的重要组成部分，而风能和光伏等新能源发电存在不稳定、可调度性低、接入电网技术性能差和对电网谐波管理的影响等一系列问题，文章针对我国可再生能源发电及并网的特点，结合未来智能电网发展方向，阐述了可再生能源发电并网所存在的问题和改进方向，探讨我国可再生能源发电并网方向和问题解决措施，为我国可再生能源发电并网发展提供参考。
关键词：可再生能源；发电并网；间歇性；智能电网
中图分类号： U665 文献标识码： A 文章编号：
0 引言
可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽，用之不竭的特點，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。面对日益严峻的环境和能源问题，可再生能源发电及其并网运行技术是电力市场发展方向。随着可再生能源发电激励政策研究及实行的不断深入、可再生能源发电技术的快速发展，以风力和光伏发电为代表的新的发电及其并网方式不断涌现。小型可再生能源发电接入电网面临着电网局部电压波动和谐波污染等电能质量问题，而大容量的可再生能源发电场，带来更为复杂的电网动态稳定、调频调压及经济调度等问题。
1 可再生能源发电并网方式
1.1 光伏发电的接入和并网方式
光伏发电系统主要由核心部件，包括光伏阵列、逆变器和系统控制器传感器，以及滤波器、储能型蓄电池和充放电控制器、DC/DC升压电路等组成。并网方式可以将光伏阵列组件输出与逆变器连接，直接或者经隔离变压器接入电网，亦或采用经高频逆变、变压器隔离、再经变频器方式与电网相连。设有隔离变压器时，直流分量不会流入接入电网，谐波含量低；无隔离变压器并网方式是则会向电网注入一定的谐波含量。光伏发电系统中的储能型蓄电池可起功率和能量调节的作用。
1.2 风力发电的接入和并网方式
目前，已有各种类型的风力发电机结构、发电方式和并网控制方式。如风力发电机有异步发电机、同步发电机和双馈式感应发电机三类，驱动方式有齿轮箱驱动和直驱式两类，运行方式有定转速和变转速两种，变转速风力发电机组的部
分或全部容量采用变频器并网运行。并网方式可以将变频器输出经隔离变压器接入电网，或者将变频器输出直接与电网连接。特点与光伏发电系统基本相同。
2可再生能源并网技术问题
可再生能源发电具有间歇性、随机性、可调度性差的特点。目前，我国电网结构相对薄弱、电网接纳能力不足，大规模可再生能源发电并网会给电力系统带来一些不利影响，电网必须控制接入容量在可控范围内，以最大限度地减小不利影响，存在的主要问题如下：
2.1 间歇性和波动性发电特点及电网调峰能力不足
以风力和光伏发电为代表的可再生能源发电，受天气等因素影响均具有间歇性和波动性特点，以至于其发电并网电量随机波动较大、可调节性差，并网运行时会易产生较大的冲击电流，从而会引起电网频率偏差、电压波动与闪变，引起馈线潮流变化，进而影响整个电网稳态电压分布和无功特性，使电网的不可控性和调峰容量余度增大，严重影响电力系统的安全稳定性。
我国风电发展较为集中的“三北”地区电源结构都是以火电为主，调节能力不强。“三北”火电占比在80%以上，且供热机组较多，西北地区水电较多，但主要集中在没有风电的青海，且受防凌、防汛等多种因素的限制，调节能力不强。我国快速调节电源只占17%。在风电场不能参与电压控制的情况下，同时显著增加了电网电压控制的难度。
表1 “三北”地区火、水、风电比重
因此，电网应具备足够的调峰容量和接纳能力，同时要求并网发电系统配置有功功率调整和动态无功功率调整控制功能，还需要配置一定的无功补偿装置。
2.2 谐波危害
由于并网风力发电和光伏发电系统等均配有电力电子装置，会产生一定的谐波及直流分量。谐波电流注入电力系统后，会引起电网电压畸变，影响电能质量，还会造成电力系统继电保护、自动装置误动作，影响电力系统安全运行。所以，需配置滤波装置、静止或动态无功补偿装置等，以抑制注入电网的谐波含量。
2.3 调频问题
可再生能源发电并网后具有以下特点：常规电源发电功率可调，原动机功率可控；可再生能源发电功率变化大，控制困难且预测精度低；用户侧用电负荷随机变化，负荷预测精度较高。
可再生能源发电以风电为例，风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整。由于风电机组不能有效参与电网频率调整，电网频率调整必须由传统电厂分担。随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。与此同时，其他类型的可再生能源发电并网运行也存在频率调整问题。
2.4 孤岛现象
孤岛现象是当电网失压时，并网风力发电和光伏发电系统仍保持对失压电网中的某一部分供电的状态，并与本地负载连接形成独立运行状态。这时，孤岛中的电压和频率不受电网控制，如果电压和频率超出允许的范围，可能会对用户设备造成损坏；如果负载容量大于孤岛中逆变器容量，会使逆变器过载，可能会烧毁逆变器。同时，会对检修人员造成危险；如果对孤岛进行重合闸操作，会导致该线路再次跳闸。由此可见，对孤岛现象的检测和预防是目前并网风力发电和光伏发电系统急需解决的关键技术之一。
2.5 其他
（1）风电建设与电网发展不配套
风电发展规划侧重于资源发展规划，与电网发展规划不协调，在一些地区的风电发展规划中缺乏具体的风电送出和电力消纳的方案。大规模风电基地建设需要从货架层面统筹考虑输电线路、网络结构及落点等问题。
（2）风电与常规电源之间缺乏协调
风电规划与常规电源规划之间缺乏协调，部分地区风电与常规电源之间存在电力与电量竞争的现象，风电大规模开发显著降低了常规电源的年运行小时数。调峰电源制约了系统接纳风电的规模，致使部分地区在负荷低谷时限制风电出力。
（3）风能资源分布与电网资源配置能力
风能资源与电力需求大体上呈逆向分布陆上风能资源主要分布在西北、华北、东北地区；电力负荷中心集中在东部、中部地区。经济发展与风能资源分布的不平衡，决定了我国风电的大规模开发，必须通过电网在全国范围内优化配置等。
3可再生能源并网技术问题解决措施
为改善和解决可再生能源发电并网问题，以风电为例，主要包含如下几方面措施：
风电并网仿真技术，主要包括风电机组/风电场建模、区域电网对风电适应性研究、风电并网运行经济性研究、风电场接入电网专题研究；风电并网规划技术；风电功率预测技术；需求侧管理技术（DSM）；风电入网检测技术等
此外，重点研究风电调度运行技术，例如基于预测的风电调度决策研究等。风电与常规电源之间、风电场群之间有很大的优化空间。运行中合理控制风电可以提高系统安全稳定性和运行经济性。在正确理解风电出力特性的基础上建设调度决策支持系统是解决风电并网调度运行的唯一途径。
4 未来发展趋势
我国风电和太阳能资源优良区普遍处于远离电力负荷中心和主干电网的偏远地区。因而，大规模、集中式的风电和太阳能发电基地的开发，有赖于高电压、远距离的电力输送方式，除了需要大规模新建电力线路外，还需要从结构上改善电网内的调峰能力，从而对当地乃至整个区域电网的安全稳定运行带来了前所未有的技术和管理挑战。
与此同时，太阳能、风能等可再生能源的特性决定了其适合分散利用的特点。在电力系统中将包含数量众多的由分布式发电站（Distributed Generation，简称DG）组成的微网（microgrid）发电系统，也是优化和提高能源利用效率，保证整个电力系统的安全可靠运行，推动利用可再生能源发展的重要途径。
5 结论
本文通过相关文献和初步设计对新能源发电及其并网技术进行了研究，目前国内电网接纳能力是大规模发展新能源发电的重要基础和环境，这有赖于坚强智能电网的发展。大力支持DG和发展微网是改变能源结构迈向低碳经济社会模式的必由之路，这有赖于微网技术的发展、国家政策导向和市场的有序发展及培育，也是建设坚强智能电网的目标。目前，大中型风电场、光伏發电场等主要存在有功功率调整，动态无功功率调整控制功能方面的缺陷，谐波危害等问题也影响着电能质量。微小型风力发电和光伏发电技术已能满足并网技术的要求，随着微网和物联网技术的发展，将实现网络化控制。目前，对可再生能源发电并网所存在的一系列问题没有得到很好解决，其问题解决措施还需进一步研究和完善。
参考文献：
[1] 张红光,张粒子. 风电场接入电网的安全稳定性分析[J]. 中国电力,2007,40(5):104-109.
[2] 国家发改委能源研究所. 中国大规模可再生能源发电并网的保障政策研究[R]. 2010.
[3] 王仁祥,王小曼. 终端用户分布式新能源接入智能配电网技术研究[J]. 电气技术,智能电网技术及装备专刊,2010(8):58-62.
关键词：可再生能源；发电并网；间歇性；智能电网
中图分类号： U665 文献标识码： A 文章编号：
0 引言
可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽，用之不竭的特點，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。面对日益严峻的环境和能源问题，可再生能源发电及其并网运行技术是电力市场发展方向。随着可再生能源发电激励政策研究及实行的不断深入、可再生能源发电技术的快速发展，以风力和光伏发电为代表的新的发电及其并网方式不断涌现。小型可再生能源发电接入电网面临着电网局部电压波动和谐波污染等电能质量问题，而大容量的可再生能源发电场，带来更为复杂的电网动态稳定、调频调压及经济调度等问题。
1 可再生能源发电并网方式
1.1 光伏发电的接入和并网方式
光伏发电系统主要由核心部件，包括光伏阵列、逆变器和系统控制器传感器，以及滤波器、储能型蓄电池和充放电控制器、DC/DC升压电路等组成。并网方式可以将光伏阵列组件输出与逆变器连接，直接或者经隔离变压器接入电网，亦或采用经高频逆变、变压器隔离、再经变频器方式与电网相连。设有隔离变压器时，直流分量不会流入接入电网，谐波含量低；无隔离变压器并网方式是则会向电网注入一定的谐波含量。光伏发电系统中的储能型蓄电池可起功率和能量调节的作用。
1.2 风力发电的接入和并网方式
目前，已有各种类型的风力发电机结构、发电方式和并网控制方式。如风力发电机有异步发电机、同步发电机和双馈式感应发电机三类，驱动方式有齿轮箱驱动和直驱式两类，运行方式有定转速和变转速两种，变转速风力发电机组的部
分或全部容量采用变频器并网运行。并网方式可以将变频器输出经隔离变压器接入电网，或者将变频器输出直接与电网连接。特点与光伏发电系统基本相同。
2可再生能源并网技术问题
可再生能源发电具有间歇性、随机性、可调度性差的特点。目前，我国电网结构相对薄弱、电网接纳能力不足，大规模可再生能源发电并网会给电力系统带来一些不利影响，电网必须控制接入容量在可控范围内，以最大限度地减小不利影响，存在的主要问题如下：
2.1 间歇性和波动性发电特点及电网调峰能力不足
以风力和光伏发电为代表的可再生能源发电，受天气等因素影响均具有间歇性和波动性特点，以至于其发电并网电量随机波动较大、可调节性差，并网运行时会易产生较大的冲击电流，从而会引起电网频率偏差、电压波动与闪变，引起馈线潮流变化，进而影响整个电网稳态电压分布和无功特性，使电网的不可控性和调峰容量余度增大，严重影响电力系统的安全稳定性。
我国风电发展较为集中的“三北”地区电源结构都是以火电为主，调节能力不强。“三北”火电占比在80%以上，且供热机组较多，西北地区水电较多，但主要集中在没有风电的青海，且受防凌、防汛等多种因素的限制，调节能力不强。我国快速调节电源只占17%。在风电场不能参与电压控制的情况下，同时显著增加了电网电压控制的难度。
表1 “三北”地区火、水、风电比重
因此，电网应具备足够的调峰容量和接纳能力，同时要求并网发电系统配置有功功率调整和动态无功功率调整控制功能，还需要配置一定的无功补偿装置。
2.2 谐波危害
由于并网风力发电和光伏发电系统等均配有电力电子装置，会产生一定的谐波及直流分量。谐波电流注入电力系统后，会引起电网电压畸变，影响电能质量，还会造成电力系统继电保护、自动装置误动作，影响电力系统安全运行。所以，需配置滤波装置、静止或动态无功补偿装置等，以抑制注入电网的谐波含量。
2.3 调频问题
可再生能源发电并网后具有以下特点：常规电源发电功率可调，原动机功率可控；可再生能源发电功率变化大，控制困难且预测精度低；用户侧用电负荷随机变化，负荷预测精度较高。
可再生能源发电以风电为例，风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整。由于风电机组不能有效参与电网频率调整，电网频率调整必须由传统电厂分担。随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。与此同时，其他类型的可再生能源发电并网运行也存在频率调整问题。
2.4 孤岛现象
孤岛现象是当电网失压时，并网风力发电和光伏发电系统仍保持对失压电网中的某一部分供电的状态，并与本地负载连接形成独立运行状态。这时，孤岛中的电压和频率不受电网控制，如果电压和频率超出允许的范围，可能会对用户设备造成损坏；如果负载容量大于孤岛中逆变器容量，会使逆变器过载，可能会烧毁逆变器。同时，会对检修人员造成危险；如果对孤岛进行重合闸操作，会导致该线路再次跳闸。由此可见，对孤岛现象的检测和预防是目前并网风力发电和光伏发电系统急需解决的关键技术之一。
2.5 其他
（1）风电建设与电网发展不配套
风电发展规划侧重于资源发展规划，与电网发展规划不协调，在一些地区的风电发展规划中缺乏具体的风电送出和电力消纳的方案。大规模风电基地建设需要从货架层面统筹考虑输电线路、网络结构及落点等问题。
（2）风电与常规电源之间缺乏协调
风电规划与常规电源规划之间缺乏协调，部分地区风电与常规电源之间存在电力与电量竞争的现象，风电大规模开发显著降低了常规电源的年运行小时数。调峰电源制约了系统接纳风电的规模，致使部分地区在负荷低谷时限制风电出力。
（3）风能资源分布与电网资源配置能力
风能资源与电力需求大体上呈逆向分布陆上风能资源主要分布在西北、华北、东北地区；电力负荷中心集中在东部、中部地区。经济发展与风能资源分布的不平衡，决定了我国风电的大规模开发，必须通过电网在全国范围内优化配置等。
3可再生能源并网技术问题解决措施
为改善和解决可再生能源发电并网问题，以风电为例，主要包含如下几方面措施：
风电并网仿真技术，主要包括风电机组/风电场建模、区域电网对风电适应性研究、风电并网运行经济性研究、风电场接入电网专题研究；风电并网规划技术；风电功率预测技术；需求侧管理技术（DSM）；风电入网检测技术等
此外，重点研究风电调度运行技术，例如基于预测的风电调度决策研究等。风电与常规电源之间、风电场群之间有很大的优化空间。运行中合理控制风电可以提高系统安全稳定性和运行经济性。在正确理解风电出力特性的基础上建设调度决策支持系统是解决风电并网调度运行的唯一途径。
4 未来发展趋势
我国风电和太阳能资源优良区普遍处于远离电力负荷中心和主干电网的偏远地区。因而，大规模、集中式的风电和太阳能发电基地的开发，有赖于高电压、远距离的电力输送方式，除了需要大规模新建电力线路外，还需要从结构上改善电网内的调峰能力，从而对当地乃至整个区域电网的安全稳定运行带来了前所未有的技术和管理挑战。
与此同时，太阳能、风能等可再生能源的特性决定了其适合分散利用的特点。在电力系统中将包含数量众多的由分布式发电站（Distributed Generation，简称DG）组成的微网（microgrid）发电系统，也是优化和提高能源利用效率，保证整个电力系统的安全可靠运行，推动利用可再生能源发展的重要途径。
5 结论
本文通过相关文献和初步设计对新能源发电及其并网技术进行了研究，目前国内电网接纳能力是大规模发展新能源发电的重要基础和环境，这有赖于坚强智能电网的发展。大力支持DG和发展微网是改变能源结构迈向低碳经济社会模式的必由之路，这有赖于微网技术的发展、国家政策导向和市场的有序发展及培育，也是建设坚强智能电网的目标。目前，大中型风电场、光伏發电场等主要存在有功功率调整，动态无功功率调整控制功能方面的缺陷，谐波危害等问题也影响着电能质量。微小型风力发电和光伏发电技术已能满足并网技术的要求，随着微网和物联网技术的发展，将实现网络化控制。目前，对可再生能源发电并网所存在的一系列问题没有得到很好解决，其问题解决措施还需进一步研究和完善。
参考文献：
[1] 张红光,张粒子. 风电场接入电网的安全稳定性分析[J]. 中国电力,2007,40(5):104-109.
[2] 国家发改委能源研究所. 中国大规模可再生能源发电并网的保障政策研究[R]. 2010.
[3] 王仁祥,王小曼. 终端用户分布式新能源接入智能配电网技术研究[J]. 电气技术,智能电网技术及装备专刊,2010(8):58-62.