配電和微網中電能質量新問題的研究

崔俊海

（內蒙古烏蘭察布電業局集寧供電分局，內蒙古 烏蘭察布 012000）

通過微網能方便的供電和供能，是一種新型的電能網絡化供應與管理的技術，這種技術的應用有利于能源的接入和分配，進而實現能源的最大化利用。微網系統在輔助設備的輔助下，向用戶供能，還可以支持大電網，所以還能起到輔助大電網的作用。有關研究證實：微電網具有分布式發電電網的優點；可以作為獨立模塊運行，不會對大電網產生較大影響，大電網也無需進行改動；可以靈活的實現微網的開關；有效的輔助上級供電。可以看出微電網可以有效輔助對大電網，應用價值較大。但是，微電網也會對大電網產生一定的影響，主要表現為：開關微電網會對電網電壓產生影響；還會對大電網的三相電產生影響；微電網容易產生諧波，會給電網帶來諧波污染。

1 微電網存在的電能質量問題

1.1 微網中電源對電能質量的影響

微網中的電源都是分布式電源，其和傳統的電源是不同的。這種形式的電源在規模小，容易受到影響。目前常用的微網電源有風力發電、燃料電池以及光伏發電等，但是這幾種形式的電源都存在受外界自然環境影響的問題，進而給電網的電能帶來影響，使得有微網的配電網系統出現電壓不穩和閃爍的現象。

1.2 微網運行模式對電能質量的影響

目前微網的運行模式主要采用以下兩種方式，第一種，把微網和配電網鏈接起來運行；第二種，微網檢測到配電網絡的故障或者電能質量問題后，自動斷開與配電網的鏈接，獨立運行；第一種稱為聯網運行模式，第二種稱為孤島運行模式。配電網發生故障，微網進入孤島運行模式。在這個過程中，實現電能質量的無縫過度和不間斷的電能供電是非常重要的。利用智能化配電技術，微網在孤島運行情況下，運用負荷控制器和微發電控制器可以保證有足夠的電能維持系統運行。微網在孤島運行時，對電壓和頻率的控制是個難題。這也就影響到電能的質量，傳統配電系統應用下垂方式。但是在微網中，因為有功功率和無功功率之間的強耦合關系，這個方法不能被直接的執行。

1.3 配電網與微電網系統交互對電能質量的影響

配電電網中，隨著時間的推移無功電荷和有功電荷會導致電壓的變化，而且越是到了電網末端，電壓波動也越大，如果這些負荷都聚集在電網末端，電壓變化更大。配電網中的電壓和微網中的電壓不同，其呈輻射狀，并沿饋線潮流方向逐漸降低。而微網系統接入配電網后，在配電網末端，因為饋線的上傳輸功率減小以及微電網的輸出無功支撐，從而使得電壓逐漸升高。微網中分布式發電對接入配電網接入點的電壓的影響有兩種形式：第一中形式是微網中電源和配電網中的負荷協調運行。第二種形式是微網中電源和配電網中負荷不協調運行。

2 微網電能質量控制的關鍵技術

2.1 功率電流雙環控制技術

微網中的分布式電源是利用電子逆變器和配電網相連的。這種逆變器的開關容易產生開關頻率和倍頻附近的諧波分量，進而影響到電網，給用戶造成諧波污染。為了減少電子逆變器所帶來的諧波危害，可以采用級聯變流器的電路拓撲結構和功率電流雙環控制方法來進行控制，這樣可以有效降低諧波的產生。所以，采用級聯多電平變流器可以更好的控制微網的電能質量問題。所以，可以根據這種情況設計級聯型電平變流器來鏈接微網和配電網，這樣可以節省逆變器的數量，還可以在較低開關頻率下實現等效電平個數多、等效開關頻率高的效果，同時還能獲得更好的電能。

2.2 靜止無功補償器調壓技術

靜止無功補償器的應用技術，其可以有效的對微網電壓進行控制，同時提升電壓的動態和靜態的穩定性，并限制瞬時電壓。其最主要的作用就是從電網中吸收或輸送持續的無功功率，進而保證連接點的電壓的穩定，這對于電網無功功率的穩定非常有利。靜止無功補償器有多種。微網中分布式電源影響電壓，而且在分布式電源的鏈接處電壓影響更大，所以把靜止無功補償器應用到分布式電源的節點處，根據分布式電源的入網情況來進行電壓的調整，可以獲得較好的效果。接入配電網的分布式電源可以通過不同的饋線，利用靜止無功補償器后可以電壓下降，進而使得饋線電壓也下降。當分布式電源不工作時，饋線電壓下降較大，饋線電壓幾乎接近最低值，這時利用靜止無功補償器進行調壓，可以確保電壓的穩定，進而有效保障電能質量。

2.3 超級電容儲能技術

超級電容是一種新型的儲能元器件。它的特點是容量大、作溫度范圍廣、快速充放電、循環壽命長、無污染、零排放等。微網為了滿足用電的需要，所以要保證供電電能的質量，確保電壓、供電頻率、畸形波等的范圍。利用逆變器可以對超級電容儲能系統進行調節，進而給用戶電網中提供無功及有功，以達到電能效率提升的目的。超級電容的獨特特點決定了其可以快速吸收和釋放電能，這樣其應用到微網中，可以有效解決微網系統中的態問題，例如，停電、電壓的不穩定，系統故障等等。這時候超級電容就派上了大的用場，可以快速的緩解微網中的電能問題。

以上分析可以看出，超級電容對于微網的電能質量管理非常適用，特別是對外穩定微網狀態非常有效。超級電容可以使得微網從不穩定快速的過度到穩定狀態，保證了微網的運行穩定。

2.4 發電并網逆變器濾波技術

重復控制技術的研究越來越深入，在配電和微網逆變器控制中，利用重復控制技術來消除諧波、添加諧波、無功補償指令構造的多功能并網逆變器，無互聯的、可自動追蹤配電網功率分配的逆變器控制器等構成含分布式發電單元的配電網電能質量主動管理的主要內容。

2.5 微電網與配網動態無功發生器聯合運行的無功電壓調節技術

配電網因為受非線性、沖擊性和不平衡負荷的影響越來越多，而且諧波污染，電壓不穩等等都給電能質量帶來了巨大挑戰，也給用戶帶來了不利影響。配電網動態無功發生器可以解決上述配電網中遇到的問題。而微網作為配電網的一種輔助設備系統，它的特點是靈活、環保和高效。而且微網還具有有功與無功分級可調、功率響應積極等優點，配電網中接入微網是進入電網供電發展的趨勢。這種兩網相接的模式，改變了過去集中供電的形式。但是微網因為其特殊的電源分布形式和電子設備的使用，以及單相電設備，這使得兩網相接時的電能質量并不理想，而且微網多在配電網的末端，微網孤島模式的切換等都會帶來電壓的較大變化，從而導致兩網合并并不容易。配電網動態無功發生器和微電網聯合運行的無功電壓協同控制系統，可以在不影響微網的情況下，把微網當成一個補償系統，并根據微網容量進行分級，進而形成一個大的決策系統，從而保證接入點的電壓穩定。這樣發揮了微網的優勢，也發揮了配電網動態無功發生器穩定微網的的作用，進而可以提供高質量的電能。

結語

微網中電能質量問題得不到有效的解決，那么微網和配電網的鏈接有不能更好的開展，所以，微網運行控制和微網及含微網電網的電能質量分析與控制是微網研究的關鍵技術，為微網應用于實際和大規模微網接入電網提供理論參考和技術支持。

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