分布式電源對配網供電電壓質量的影響與改善

王林

摘 要：分布式電源是從上個世紀80年代中后期開始出現的一種供電模式，由于電力技術不斷進步，世界上的電力工業逐步由集中型的供電模式向集中、分散復合型供電模式轉變，分布式供電模式可以調動豐富的電力能源對配網進行供電，而且在配電運轉過程中不會給周圍帶來任何污染。分布式供電模式的出現使配電系統由單一的電源輻射性供電網絡轉變為用戶電源互聯型的供電網絡，給用戶提供了很大的便利。本文對分布式電源的配網供電電壓運行影響和分布式電源的電壓質量改善策略兩個方面進行研究，為配網供電質量的改善提出參考意見。

關鍵詞：分布式電源；配網的電壓質量；電壓評估方式

由于我國不可再生資源的日漸枯竭和壞境污染的日漸嚴重，我國政府加大了對電能、太陽能、水能等可再生清潔能源的利用。隨著人口的增多，用電量逐年增大，我國的配網供電系統已經出現了一些弊端，由于人均用電量的增大，單一的輻射型供電模式已經滿足不了我國人均的用電需求。為了應對這種弊端，在我國的電力產業中逐漸出現了DG技術、分布式供電模式等新的研究熱點，其中分布型供電模式由于投資成本較少、耗能較少，受到了許多電力專家的一致好評，成為了我國電力工業在本世紀內最主要的發展方向之一。

1 分布式供電方式的分類和定義

1.1 定義

分布型供電方式和集中型供電模式、遠距離的供電模式和互聯網型供電模式與傳統供電模式不一樣，是由一種以通常功率為1KW到50MW的小型模塊式獨立電源一起組成，這些獨立電源與周圍的環境相互兼容，而且這些獨立電源可以由公共電力部門所有、可以由用戶自己所有，甚至可以由第三方所有，是一種可以滿足電力系統發電要求和用戶特殊需求的新型供電方式。從廣泛的定義上來講，分布式的獨立電源可以是用戶安裝的任何自主型發電設施，也包括熱電、冷電聯產，也包括冷熱電聯產等各種蓄能措施和技術，不考慮這些發電設施的功率規模大小和能源的使用方式。從某種意義上來說，我國的小機組發電設施、火電型發電設施、熱電型發電設施都屬于分布式供電設施。

1.2 分類

分布式供電電源在不同的研究領域里分類方式也不一樣，例如在能源的再生利用研究里，分布式供電電源可以被分成兩類，第一類為利用可再生能源進行發電的電源，這種電源一般會利用風能、熱能、太陽能等清潔能源進行發電；第二類為利用不可再生能源進行發電的電源，這種電源主要利用固體燃料進行發電，例如燃料電池、發電輪機等。根據分布式供電電源和總電力系統的連接形式，分布式供電電源可以分成兩類：旋轉型的供電電源和逆變器型的供電電源。

2 分布式電源對配電網系統運行的影響

2.1 對電壓分布運行的影響

分布型電源在接入配電網運行系統的時候，配電網供電系統會有以前的發射型供電模式轉變為多電源的發電模式，由于是多電源發電，而每一個電源所形成的電壓分布不盡相同，所以分布型發電電源越靠近電源線路末節對電源線路電壓分布的影響越大，分布型發電電源越靠近供電系統主線路對電源線路的電壓分布影響越小。

2.2 電壓閃變

傳統的供電網絡的電壓閃變現象是由于電壓負荷不穩所引起。隨著分布型供電電源啟用，引發電壓閃變的原因也開始增多，這些原因主要有三種：第一種，分布式電源的運行權和使用權歸該分布電源使用者所有，可能電源在日常的運行中會出現隨機啟動和停止的情況出現；第二種，使用新型再生能源的分布型供電電源可能會受到天氣和當地氣候的影響，熱點聯產供電機組的日常處理也可能會根據當地用戶的需求進行供電調整；第三種，分布型供電電源的電壓控制設備和主供電系統電壓控制設備相互影響，造成電壓閃變現象的發生。

2.3 電壓跌落

在發生變壓器三相短路的時候，電網工作人員可以通過安裝分布型電源太高變壓器的電壓，改善電網容易發生電壓的情況，而且分布型電源注入的功率越大，變壓器改善的效果也就越好。分布型電源可以分為同步機和逆變器兩種形式，由于同步機分布型電源在對電壓功率調整信號的反應速度上要遠慢于逆變器分布型電源，所以，同步機分布型電源的改善電壓跌落的續航時間要遠少于逆變器分布型電源。

在變壓器任何一個單相故障的時候，分布型電源對已經故障的相有電壓太高的作用，在一定程度上可以有效地阻止變壓器電壓跌落的情況發生，而且電源輸出的功率越大，改善效果越好。對于其他沒有故障的相來說，分布型電源輸出功率的增加，各網絡節點的電壓也會有上升的情況出現，而且分布型電源的電壓容量越大，其他沒有故障的相的電壓也會相應增大，超出變壓器定額電壓的情況也會越嚴重。

2.4 諧波

分布型是通過電力設備構件的變流裝置接入總配電網的，電源的頻繁開關會產生開關、電源周邊的諧波分量，對于配電網本體產生諧波污染。根據相關研究表明，在分布型電源接入電網的位置不變的情況下，電網饋線上產生的電壓諧波畸變率是由分布型電源的總功率決定的，總功率占電網的總負荷比重越高，電網上同一條饋線的諧波畸變率也就越大，畸變嚴重的電網饋線諧波畸變率可能會超過電網諧波電壓的電壓限制和畸變率安全值。由于分布型電源安裝在電網的不同位置上，電網上各條饋線上的諧波畸變率也有著較大的差異，分布型電源的安裝位置越靠近電網的線路末端，電網饋線的各網絡節點的諧波電壓畸變率越高，如果分布型電源離電網系統的母線越近，電網饋線的各網絡節點的諧波電壓畸變率越低。

雖然分布型電源會給總配電網絡造成許多供電質量上的問題，但分布型電源也可以改善電流質量，每當配電網絡工作負荷較大的時候，備用分布型電源應該有快速地、計劃地投入使用，這樣可以有效地提高配電網的供電穩定性。

3 對電壓的質量進行改善

3.1 控制電壓

與旋轉型的分布式供電電源比起來，逆變型的分布式供電電源具有更大的優勢，在電容量相同的情況下，逆變型的分布式供電電源對主供電系統的節點電壓影響更小，雖然可能在風能和太陽能等再生能源的影響下，出現發電量會不穩定現象，對供電系統的節點電壓所造成的影響較小。但當這一現象出現時，逆變型的分布式供電電源并不能對供電系統內的電壓波動問題進行解決。為了解決供電系統的電壓波動的問題，電網管理人員可以對旋轉型的分布式供電電源進行應用，因為在滲透率相同的情況下，旋轉型的分布式供電電源所提供的短路電流要大于逆變型的分布式供電電源，所以在無任何外界控制的情況下，旋轉型的分布式供電電源可以很好地解決主供電系統的電壓質量問題。

3.2 儲存能量

對于可再生能源的應用而言，發電量的不穩定是難以避免的問題，如果想要使用清潔能源進行發電的供電電源保持發電量的穩定，就必須在主供電系統內部進行能量的儲存。同時為了減少主供電系統內的短路容量，盡可能地不要設置

專門的儲能節點進行電能的儲存，而是應該將電能儲存到DG的發電單元里，實現分布型電能儲存。最常見的電能儲存手段包括蓄電池儲能、電容器儲能以及飛輪儲能等。

3.3 配電網的故障恢復

在電網變壓器發生故障的時候，作為備用的分布型電源可以被分為BDG和NBDG兩種，要使用分布型電源用電方要和供電方盡快達成一致，BDG和NBDG在電網變壓器發生故障的時候均有提升電壓的作用。所以在電網變壓器發生故障的時候，在備用分布型電源注入的電流功率較大的情況下，需要采取合理的策略幫助電網恢復供電，提高電網的供電穩定性。

4 結語

本文對分布式發電模式的配網電壓質量改善提出了一些建議，首先分布式發電電源雖然穩定，但用戶的電源相互連接之后會使電源電壓產生較大的波動，另外，雖然分布式供電模式可以抑制配網電壓的閃變問題，但在短路容量上也受到了比較大的限制，對于這些問題，電網管理人員可以通過對分布式電源的并入點進行電壓控制。分布式供電模式是一種比較符合發展潮流的新型供電方式，這種供電方式以其特有的優點逐漸地在現代的供電體系中發揮著越來越明顯的作用，如何根據分布式發電模式的優點來制定發電策略是現在的配電網管理人員必須要考慮的事情。

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