分布式電源接入的微網(wǎng)電能質(zhì)量研究

張明錢

（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160）

微電網(wǎng)（Micro－Grid）也稱微網(wǎng)，是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一組微電源、負(fù)荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元。微網(wǎng)技術(shù)的主要目的是充分發(fā)揮配電系統(tǒng)中分布式電源的輔助作用，有效降低大規(guī)模分布式電源應(yīng)用對電網(wǎng)的不利影響［1］。微網(wǎng)技術(shù)將多個分布式電源獨(dú)立地分為一些單獨(dú)的系統(tǒng)，保證電子設(shè)備運(yùn)行有著一定的靈活性。

1 分布式電源接入微網(wǎng)的模式

微網(wǎng)中的分布式發(fā)電形式多樣，在分布式發(fā)電利用效率顯著提高的過程中更加注重分布式電源的微網(wǎng)接入，并將單獨(dú)分布式電源系統(tǒng)的優(yōu)勢繼承。

長期以來，關(guān)于能源結(jié)構(gòu)的不合理始終是環(huán)境和社會面臨的主要問題之一。而分布式電源接入微網(wǎng)過程中同樣也存在一定的電網(wǎng)模式。不同的接入模式對于分布式電源的接入容量同樣也存在一定的影響。

對于低壓分散接入模式而言，主要是基于用戶的一種接入模式，通過將較小容量的分布式電源接入，并在電網(wǎng)變壓器低壓側(cè)接入。而中壓分散接入模式主要是中等容量的分布式電源在中壓配電線路支線接入的方式。對于專線接入模式而言，主要是分布式電源存在較大容量時，在高壓變電站的母線中采取專線的形式接入。分布式電源接入的過程中，往往有著一定的逆功率限制，在對不同的逆潮流限制滿足的同時，就要保證分布式電源的最大值不大于饋線負(fù)荷的谷值［2］。

2 分布式電源接入對微網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響

分布式電源接入過程中，10 kV的配電線路典型的配網(wǎng)線路模型如圖1所示。這一配電網(wǎng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，線路電壓的等級值為10 kV，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有14個，對于0號節(jié)點(diǎn)主要是表示變壓器低壓側(cè)的母線。該線路的參數(shù)選擇中，主要是對YJY22－3×300電纜加以采用，長度是2 km。

圖1 典型的配網(wǎng)線路模型

分布式電源接入的過程中，微網(wǎng)電壓同樣也受到一定的影響，在分布式電源接入微網(wǎng)的潮流計(jì)算實(shí)現(xiàn)的過程中，可以依據(jù)于分布式電源的實(shí)際運(yùn)行控制方式，并將分布式電源劃分為各個節(jié)點(diǎn)。在長期的運(yùn)行過程中，一旦同步電機(jī)在電網(wǎng)的分布式電源接入時，做好功率因數(shù)的合理控制，儲能系統(tǒng)作為PI的節(jié)點(diǎn)，對于中壓分散接入模式而言，在線路末端中對電壓降落進(jìn)行計(jì)算中，可以得出配電線路對節(jié)點(diǎn)電壓的提升位置計(jì)算，以至于電壓在某種程度上對于分布式電源的接入沒有構(gòu)成一定的影響。專線接入的過程中，在接入點(diǎn)的影響下，通過借助于逆功率限制的實(shí)際結(jié)果，一旦變壓器負(fù)荷處于低谷的過程中，可以將專線的接入這一影響加以忽略。

分布式電源接入電網(wǎng)短路計(jì)算分析中，主要是依據(jù)于并網(wǎng)的不同接口，采取同步電機(jī)并網(wǎng)和異步電機(jī)并網(wǎng)兩種方式［3］。在對專線接入模式和分散接入模式是的最大短路電流進(jìn)行分析時，如表1所示，中壓分散接入過程中，分布式電源的最大短路電流為0.545 kA，明顯小于中壓短路電流的限值。在專線接入的過程中，分布式電源在某種程度上可以提供較大的短路電流，高達(dá)3 kA以上。

表1 分布式電源提供的短路電流

分布式電源接入的過程中，不同的接入模式對容量有一定的要求。而采取低壓接入模式的過程中，要保證中容量不超過壓配電變壓器的最大負(fù)荷的40%。中壓分散接入模式選擇的過程中，也要保證容量不大于中壓饋線最大負(fù)荷的40%。而專線接入模式選擇的過程中，要保證容量不大于主變壓器最大負(fù)荷的25%。

3 分布式電源接入對微網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

分布式電源接入對微網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，可以從可靠性以及運(yùn)行過程方面考慮。

3.1 分布式電源接入對微網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

在諧波和電壓波動的過程中，逆變器接口形式的分布式電源，在電子電力設(shè)備動作下不可避免地會產(chǎn)生一定的諧波，而分布式電源一旦和系統(tǒng)母線接近時，將會產(chǎn)生相對較小的影響，對于系統(tǒng)的諧波分布、電壓波動等也有著相對較小的影響。這種分布式電源接入，對電壓以及微電網(wǎng)運(yùn)行有著一定的保護(hù)作用［4］。

一般而言，微網(wǎng)電能質(zhì)量不可避免的也存在一定的問題，電壓的波動和閃變難以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對于配電網(wǎng)中的諧波而言，非線性負(fù)荷是其主要的影響因素，微網(wǎng)有著相對復(fù)雜的諧波環(huán)境，在微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的過程中，微網(wǎng)中的電流諧波逐漸放大。三相電壓的不平衡同樣也是配電網(wǎng)中的一種重要電能問題，受頻率波動的影響，難以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。對于微網(wǎng)電能質(zhì)量的改善而言，就要對微網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置合理安裝，將電能質(zhì)量有效加以改善。

3.2 分布式電源接入對微網(wǎng)電能質(zhì)量的改善

分布式電源接入對微網(wǎng)電能質(zhì)量改善的過程中，要合理的運(yùn)用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的相關(guān)運(yùn)算，合理地選擇結(jié)構(gòu)元素，通過對形態(tài)濾波器進(jìn)行構(gòu)建，結(jié)合補(bǔ)償裝置的基本原理，對SAPF模型進(jìn)行構(gòu)建，將動態(tài)響應(yīng)速度全面提高。改進(jìn)后的SAPF指令電流運(yùn)算電路如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的SAPF指令電流運(yùn)算電路

改進(jìn)后的SAPF模型仿真過程中，SAPF的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 SAPF的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

負(fù)載電流波形有著相對嚴(yán)重的畸變，在實(shí)際的仿真過程中，基于分布式電源接入對于微網(wǎng)電能質(zhì)量有著一定的調(diào)節(jié)作用，同時其裝置也有一定的實(shí)時性。分布式電源接入過程中，一般而言，對于微網(wǎng)電壓的影響相對較小，但是對于逆變器接口的分布式電源而言，一旦采取同步機(jī)接口的分布式電源，在某種程度上對于功率調(diào)制信號的響應(yīng)上，微網(wǎng)有著相對較弱的能力。基于分布式電源接入微網(wǎng)對微網(wǎng)的運(yùn)行有一定的基礎(chǔ)保護(hù)作用，通過將配電線路的短路電流增加并對保護(hù)的整定值有著較小的影響，所以微網(wǎng)電能質(zhì)量相對來說，有著一定的可靠性［5］。

故障定位的過程中，分布式電源未接入時，主要是借助于兩個相鄰遙控點(diǎn)的電流大小對故障點(diǎn)加以判斷。微網(wǎng)線路中分布式電源接入時，將會使線路中的一些區(qū)域逐漸地成為一種雙端電源進(jìn)行供電，故障的檢測方法更要依據(jù)兩個相鄰遙測點(diǎn)的電流方向?qū)收宵c(diǎn)的位置進(jìn)行判斷。

總而言之，分布式電源接入微網(wǎng)中，其系統(tǒng)的硬件組成部分以及相關(guān)的功能在并網(wǎng)電壓等級的變化中，不可避免的存在一定的差異。分布式電源接入微網(wǎng)的電能質(zhì)量分析中，通過合理的檢測微網(wǎng)系統(tǒng)以及主電網(wǎng)系統(tǒng)中的電流電壓，借助于相關(guān)的偏移，將并網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)，對于低頻以及低壓有著一定的繼電保護(hù)功能。而分布式電源接入的過程中可以實(shí)現(xiàn)對微網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)時監(jiān)測。

4 結(jié)束語

分布式電源接入作為一種靈活的方式，不僅有著較低的投資成本，同時在微網(wǎng)接入中可以將其輔助性的功能顯著實(shí)現(xiàn)，并將微網(wǎng)供電的可靠性全面提高，實(shí)現(xiàn)對微網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)時監(jiān)測。

［1］ 汪少勇.基于分布式電源的微網(wǎng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行［J］.電力自動化設(shè)備，2011，31（4）：120－123.

［2］ 朱克平.適應(yīng)于分布式電源接入的直流微網(wǎng)研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2013.

［3］ 李海軍，王少奎，劉 超，等.微網(wǎng)系統(tǒng)中分布式電源接入對電壓的影響分析［J］.電氣開關(guān)，2014，52（1）：25－30.