电气工程中的新能源并网技术研析

引言

在全球能源转型与环保需求日益迫切的背景下，新能源凭借清洁、可再生的优势，在电力系统中的占比持续提升。而新能源并网作为新能源发电系统接入电网的关键环节，其技术水平直接影响新能源电力的消纳效率与电网的安全稳定运行。

一、新能源并网技术相关概述

1.1 新能源并网技术的内涵与特点

新能源并网技术是指将太阳能、风能、水能等新能源发电系统接入公共电网的一系列技术集合，核心是通过接口设备与控制策略，实现新能源电力的平稳输出与电网的安全兼容。其内涵涵盖发电侧的电力转换、输电侧的功率调节以及电网侧的协同响应，最终达成新能源电力的高效消纳。与传统火电并网相比，该技术具有显著特点：受能源特性影响，并网电力存在天然波动性、光照强度、风速变化会直接导致发电功率波动，对电网稳定性提出更高要求；需依赖电力电子设备进行能量转换，变流器等装置的性能直接决定并网质量；具有双向互动性，分布式新能源并网时既能向电网供电，也可在用电高峰从电网取电，改变了传统单向输电模式。

1.2 新能源并网技术的主要类型

光伏并网技术适用于太阳能资源丰富的区域，通过逆变器将光伏板产生的直流电转换为交流电，分布式光伏多采用低压并网，集中式光伏则需经升压后接入高压电网。风电并网技术根据风机类型分为异步机并网与同步机并网，前者适用于小型风场，后者更适配大型风电场，能更好应对风速波动。水电并网技术依托水轮机发电特性，可通过调节水流量实现功率稳定输出，适合作为基荷电源并网。生物质能并网技术需先将生物质转化为电能，并网方式与小型火电类似，适用于农业产区。不同技术类型需匹配对应的能源特性，例如波动性小的水电可直接并网，而波动性大的风电则需搭配储能技术辅助并网。

二、新能源并网技术应用现状

2.1 应用场景分布

新能源并网技术主要应用分为集中式、分布式并网模式。集中式模式主要应用于大型能源基地，例如荒漠大型光伏电站，草原风电，远距离向负荷集中地输送的模式，其应用需要大功率的并网设备、稳定的输送通道。分布式模式主要应用于用户附近，比如城市建设建筑屋顶、工业园区的小型风电，直接接入低压网运行，就近为用户供电、余电上网。小型分散化的微电网系统，主要应用在一些偏远的地区、太阳能与风能的互补发电形式，以此进行当地供能。

2.2 应用成效与不足

技术应用上，该技术促进能源结构调整，替代了一部分煤电的装机容量，减少温室气体排放，分布式并网减少输电过程损耗，提高了能源利用效率；偏远地区应用提高了当地供电条件等。其缺点也很明显：大规模的集中并网易引发电网电压波动，特别是在新能源出力大幅变化时，分布式并网的分散性加大了电网调度难度，在部分区域消纳能力有限，不同类型新能源并网技术标准不兼容，设备兼容性较差等。

三、新能源并网关键技术

3.1 并网接口技术

新能源并网接口主要是将新能源发电接入电网。并网接口技术主要指的是以电力电子装置作为接口装置，将新能源发电机发出的电能通过电力电子装置进行变换与匹配接口，接口装置核心控制装置为逆变器，需要将光伏或风电发电机发出的直流电或变频交流电，转换成与电网电压频率大小相同的一次流输出。并网接口控制策略取决于逆变器所采用的控制算法，因为控制算法主要与逆变器输出的新能源电能直接相关，其运行控制算法会将输出功率达到最大状态。接口装置应该具备接口范围大及系统兼容性强等优势，既可符合多种电力输出等级，同时也要保证交变装置符合电网电压频率标准，对并网系统也有一定要求，在分布式并网应用中，需要具有一定的保护作用，并网接口可在电网出现异常时断开装置的交变线，防止并网出现异常对装置造成一定危险，将电力降低，直到低压电力升至上一电压等级，并在控制过程中应用一定滤波装置减少谐波影响。

3.2 电网稳定性控制技术

新能源并网后稳定性控制技术用于削弱其功率波动带来的电网扰动，确保电网稳定运行。以电网稳定控制的频率调整技术，即快速功率补偿技术，在新能源出力功率下降时使用备用电量或储能释放电量平衡差额，在其功率突然上升时，进行切负荷或向用户端送电平衡，削减其功率峰谷波动。新能源集中并网情况时，静止无功发生器，应对的电压控制措施，补偿无功的充放量使其电网中的并网点处的电压保持一定的调节；分布式接入的电网情况，通过调节逆变器的无功来补偿网间电压的偏差，它是利用控制系统通过数学模型来预测光伏阵列的输出，并将其传递给装置调节系统以更正其输出；调节系统的功能是保持太阳能发电阵列的并联谐波网络稳定，其中包括光伏电池板、防反灌二极管，直流稳流二极管等关键部件。

3.3 电能质量优化技术

电能质量优化技术主要解决新能源并网引发的谐波、电压偏差、三相不平衡等问题。谐波治理采用无源滤波与有源滤波结合的方式，无源滤波器针对特定频次谐波进行抑制，有源滤波器则可动态跟踪并抵消宽频谐波，尤其适用于电力电子设备密集的分布式并网场景。电压偏差矫正通过电压调节装置实现，集中式并网可调节升压变压器分接头，分布式并网则借助逆变器的调压功能，根据并网点电压实时调整输出电压。三相不平衡治理需从源头优化，在并网设计阶段合理分配三相负荷，运行中通过平衡装置动态补偿不平衡电流。闪变抑制技术通过平滑新能源功率波动实现。在风电并网中采用桨距角控制减缓功率变化速率，光伏并网中配置储能系统吸收短时功率波动，从根本上减少电能质量问题的产生。

3.4 技术创新与升级

技术创新需聚焦核心痛点，从设备性能与控制逻辑双维度突破。在并网设备方面，研发高容错性变流器，提升其在电压骤降、频率波动时的持续运行能力，同时采用模块化设计，便于故障模块快速更换。控制算法上引入人工智能技术，通过机器学习预判新能源出力波动趋势，提前调整并网功率，减少对电网的冲击。针对大规模并网稳定性问题，可开发分布式协同控制技术，让区域内新能源电站形成虚拟集群，通过信息交互实现功率自主平衡。推动并网技术与储能技术深度融合，研发具备储能功能的一体化并网装置，在新能源出力过剩时储存电能，不足时释放，从源头平抑波动，提升并网系统的灵活性与可靠性。

结语

新能源并网技术是电气工程中新能源利用的关键。其在应用中虽面临技术、成本等问题，但通过技术创新、成本控制等策略可改善。未来需持续优化技术与管理，提升并网稳定性与经济性，为新能源规模化应用奠定基础，推动电气工程及能源领域绿色可持续发展。

参考文献

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