微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題淺析及建議

李　樂(lè)，馬保慧

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微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題淺析及建議

李樂(lè)1，馬保慧2，3

（1．新疆城鄉(xiāng)建設(shè)工程設(shè)計(jì)有限公司，新疆烏魯木齊830011；2．天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020；3．大型電氣傳動(dòng)系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅天水741020）

摘要：簡(jiǎn)單介紹了微電網(wǎng)的基本知識(shí)及其特性。以某長(zhǎng)期并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)為例，從電能質(zhì)量角度分析了微電網(wǎng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)，并對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)后電能質(zhì)量的改善提出了建議。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；電能質(zhì)量；閃變；諧波；電壓不平衡

1　引言

當(dāng)前，高速發(fā)展的電力系統(tǒng)進(jìn)入了智能電網(wǎng)時(shí)代，為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，負(fù)荷中心必須擁有一定比例的供電電源，形成電能就地平衡的運(yùn)行模式。在這樣的需求之下，集中了電源、負(fù)荷及調(diào)節(jié)控制為一體的微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。微電網(wǎng)運(yùn)行控制的核心是“自治獨(dú)立，協(xié)調(diào)互助”。本文在介紹微電網(wǎng)基本特點(diǎn)的基礎(chǔ)上著重分析微電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題。

1．1微電網(wǎng)

微電網(wǎng)是由分布式發(fā)電（DG）、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制裝置構(gòu)成的一個(gè)可控的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)。微電網(wǎng)中DG和儲(chǔ)能裝置并聯(lián)在一起，直接作用在用戶側(cè)。微電網(wǎng)具備完整的發(fā)、輸、配電功能，又可以認(rèn)為它是配電網(wǎng)中的一個(gè)“虛擬”電源或負(fù)荷。對(duì)于大電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)可視為大電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，對(duì)于用戶側(cè)來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)可獨(dú)立滿足用戶側(cè)的特定需求。

1．2微電網(wǎng)的種類

微電網(wǎng)可按照交直流類型分為直流微電網(wǎng)、交流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)，分別如圖1～圖3所示。從整體上看，交直流混合微電網(wǎng)是特殊電源接入交流母線，故仍可看作是交流微電網(wǎng)。

微電網(wǎng)也可按功能需求分為簡(jiǎn)單微電網(wǎng)、多種類設(shè)備微電網(wǎng)和公用微電網(wǎng)，還可按用電規(guī)模分為簡(jiǎn)單微電網(wǎng)、企業(yè)微電網(wǎng)、饋線區(qū)域微電網(wǎng)、變電站區(qū)域微電網(wǎng)和獨(dú)立微電網(wǎng)等。

圖1　直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖2　交流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖3　交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2　微電網(wǎng)入網(wǎng)電能質(zhì)量要求

2．1一般性要求

分布式電源是指不直接與集中輸電系統(tǒng)相連的35kV及以下電壓等級(jí)的電源，主要包括發(fā)電設(shè)備和儲(chǔ)能設(shè)備。分布式電源向負(fù)荷和電網(wǎng)所提供的電能，在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、電壓波動(dòng)和閃變等方面應(yīng)滿足相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)的諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、電壓波動(dòng)和閃變等滿足相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，分布式電源應(yīng)能正常運(yùn)行。

分布式電源應(yīng)在并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)滿足《IEC61000-4-30》標(biāo)準(zhǔn)要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。10kV-35kV電壓等級(jí)并網(wǎng)的分布式電源，電能質(zhì)量數(shù)據(jù)應(yīng)能夠遠(yuǎn)程傳送到電網(wǎng)企業(yè)，保證電網(wǎng)企業(yè)對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)控。380V并網(wǎng)的分布式電源，該并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)具備一年及以上的存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能力，必要時(shí)供電網(wǎng)企業(yè)調(diào)用。

2．2頻率偏差限值

分布式電源的頻率偏差應(yīng)滿足GB／T15945-2008《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》的規(guī)定。

頻率合格率的計(jì)算公式如下：

表1　頻率偏差限值表

2．3諧波

分布式電源并網(wǎng)后，注入公共連接點(diǎn)處的諧波電流、諧波電壓應(yīng)滿足GB／T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定。

2．3．1電流諧波

分布式電源所連公共連接點(diǎn)向電網(wǎng)注入的諧波電流分量（方均根值）的允許值不應(yīng)超過(guò)表2中的規(guī)定值。按此電源協(xié)議容量與其公共連接點(diǎn)上發(fā)／供電設(shè)備容量之比控制分配。

表2　注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值

2．3．2電壓諧波

表3　公用電網(wǎng)諧波電壓限值

220kV公共連接點(diǎn)的諧波電壓總畸變率參照110kV電壓等級(jí)，以2．0%作為限值。

2．4閃變限值

分布式電源并網(wǎng)后，公共連接點(diǎn)處的電壓波動(dòng)和閃變應(yīng)滿足GB／T12326-2008《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》的規(guī)定。

表4　閃變限值

電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的較小方式下，以一周（168h）為測(cè)量周期，所有長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt都應(yīng)滿足閃變限值的要求。

2．5電壓不平衡

分布式電源并網(wǎng)后，其公共連接點(diǎn)的三相電壓不平衡度不應(yīng)超過(guò)GB／T15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》規(guī)定的限值，公共連接點(diǎn)的三相電壓不平衡度不應(yīng)超過(guò)2%，短時(shí)不超過(guò)4%，其中由各分布式電源引起的公共連接點(diǎn)三相電壓不平衡度不應(yīng)超過(guò)1．3%，短時(shí)不超過(guò)2．6%。

3　實(shí)例淺析

3．1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

下面以安徽某內(nèi)陸低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)為例，介紹微電網(wǎng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)。該風(fēng)電場(chǎng)是風(fēng)速低于6米／秒的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，整個(gè)發(fā)電場(chǎng)共有132臺(tái)1500千瓦的發(fā)電機(jī)組，該項(xiàng)目總?cè)萘繛?47．5兆瓦，分五期建設(shè)。規(guī)劃每期49．5兆瓦，目前五期均已建成并網(wǎng)發(fā)電。該風(fēng)電場(chǎng)220kV升壓站通過(guò)220kV來(lái)寶線接入滁州供電公司220kV寶橋變電站。在220kV來(lái)寶線裝設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置ION7650，采集到的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)上傳至主站安徽電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3．2頻率偏差分析

從表5上的數(shù)據(jù)可以看出，該風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的頻率波動(dòng)很小，全部在合格范圍內(nèi)。這是由于微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)頻率主要由主網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)的結(jié)果。

表5　2012年1月-7月頻率測(cè)試數(shù)據(jù)

3．3諧波分析

由該電廠2012年1-12月的電流諧波THD、HR（2）至HR（25）測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，全年只有一個(gè)HR（2）B相最大值超標(biāo)為38．77，如表6所示。而平均值、95值都沒(méi)有超標(biāo)，說(shuō)明這個(gè)最大值只是個(gè)偶然現(xiàn)象。2012年該風(fēng)電場(chǎng)其余諧波含量均在國(guó)標(biāo)范圍以內(nèi)，無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象。

表6　2012年1-12月電流諧波數(shù)據(jù)（部分截取）

3．4閃變分析

在2012年7-12月半年之間，前后有9次閃變不合格。在7月19日、20日閃變最為嚴(yán)重，20日達(dá)到最大值，見表7記錄。這次較大的波動(dòng)主要是和電壓波動(dòng)相關(guān)。在7月20日電壓驟降為0之后在21日恢復(fù)，所以引起閃變達(dá)到了最大值。

表7　2012年7-12月閃變（長(zhǎng)時(shí)）數(shù)據(jù)

3．5三相電壓不平衡

表8　2012年1-12月不平衡度數(shù)據(jù)

項(xiàng)目2012年不平衡度合格，只是在7月18-20日之間出現(xiàn)較大波動(dòng)。最大值出現(xiàn)在7月18日，見表8，這也是和電壓驟降有關(guān)。

3．6實(shí)例總結(jié)

由以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，該風(fēng)電場(chǎng)最主要的電能質(zhì)量問(wèn)題是電壓波動(dòng)和閃變。諧波問(wèn)題基本合格，這可能與該風(fēng)電場(chǎng)長(zhǎng)期采用并網(wǎng)運(yùn)行，并在諧波治理方面已經(jīng)采取了比較有效的補(bǔ)償措施有關(guān)。

4　電能質(zhì)量改善措施

在通常情況下，諧波和電壓波動(dòng)及閃變?yōu)槲㈦娋W(wǎng)的主要電能質(zhì)量問(wèn)題，故微電網(wǎng)的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化控制可以從下面兩個(gè)方面著手。

4．1諧波抑制

諧波來(lái)源主要有兩個(gè)：一是在微電網(wǎng)中由于有大量電力電子器件應(yīng)用于分布式電源，所以不可避免地會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)大量的諧波，這是微電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波；二是并網(wǎng)后從電網(wǎng)向微電網(wǎng)滲透的大量諧波。所以抑制和消除諧波基本上有兩個(gè)途徑：（1）從改變非線性負(fù)荷本身性能考慮，減少它們注入系統(tǒng)的諧波電流，這主要針對(duì)諧波源為電力電子器件等；（2）裝設(shè)無(wú)源或有源諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源均是有效的。

4．2電壓波動(dòng)及閃變的補(bǔ)償

配電網(wǎng)中負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)與負(fù)荷的無(wú)功功率波動(dòng)成正比，與電網(wǎng)的短路容量成反比。微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，它的短路容量較大，微網(wǎng)中的電壓波動(dòng)可以被限制在很小的范圍內(nèi)，但當(dāng)微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，它的短路容量小，電壓波動(dòng)可能變得比較嚴(yán)重。

建議從以下五個(gè)方面著手來(lái)提高電能質(zhì)量：（1）采用獨(dú)立回路供電。采用獨(dú)立回路供電后產(chǎn)生波動(dòng)和閃變的影響范圍比較小，限制了其對(duì)其它負(fù)荷的影響；將分布式電源接入到有更大短路容量的母線上，可以大大降低其產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變。（2）降低共用配電線路阻抗。其本質(zhì)也是通過(guò)增加短路容量的辦法。（3）提高供電電壓。電壓損失的百分比與電網(wǎng)額定電壓的平方成反比。因此，可以通過(guò)提高供電電壓來(lái)降低波動(dòng)和閃變。在同樣功率波動(dòng)下，采用1．05V供電產(chǎn)生的電壓閃變是采用0．95V供電電壓時(shí)的0．82倍左右。（4）采用靜止型無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。（5）做好分布式電源和儲(chǔ)能裝置的配合。儲(chǔ)能裝置在一定程度上能夠有效地穩(wěn)定系統(tǒng)，起到過(guò)渡作用并降低波動(dòng)的幅度和頻率，從而降低閃變。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合目前傳統(tǒng)電網(wǎng)中電能質(zhì)量的特點(diǎn)對(duì)微電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題和改善措施進(jìn)行了淺析。由于微電網(wǎng)的特殊網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)和運(yùn)行特點(diǎn)以及其中所包含的眾多儲(chǔ)能設(shè)備、檢測(cè)控制設(shè)備等，這都使得微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題變得復(fù)雜并出現(xiàn)了許多新的特點(diǎn)，所以微電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題仍然是未來(lái)微電網(wǎng)研究的一個(gè)重要方向。

參考文獻(xiàn)：

［1］基于HHT變換的微網(wǎng)電壓閃變與諧波檢測(cè)新技術(shù)［J］．電網(wǎng)與清潔能源，2011，（11）．

［2］分布式電源接入配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益及電壓穩(wěn)定性［J］．中國(guó)電力，2012，（3）．

［3］鄧穎容．微電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］．長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)．

［4］柴保明，趙春宇．在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］．電子測(cè)量技術(shù)，2008，31（7）：128-131．

［5］姚勇，朱桂萍，劉秀成．諧波對(duì)低壓微電網(wǎng)運(yùn)行的影響［J］．中國(guó)電力，2010，43（10）．

［6］蘇玲，張建華，王利，苗唯時(shí)，吳子平．微電網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題及技術(shù)研究［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，38（19）．

［7］張建華，黃偉．微電網(wǎng)運(yùn)行控制與保護(hù)技術(shù)［M］．北京：中國(guó)電力出版社．

［8］李富生，李瑞生，周逢權(quán)．微電網(wǎng)技術(shù)及工程應(yīng)用［M］．北京：中國(guó)電力出版社．

Analysis and suggestion of power quality problem in micro grid

LI Le1，MA Bao-hui2，3

（1．Xinjiang Urban and Rural Construction Engineering Co．，Ltd．，Urumqi 830011，China；2．Tianshui Electric Drive Research Institute Co．，Ltd．，Tianshui 741020，China；3．State Key Laboratory of Large Electric Drive System and Equipment Technology，Tianshui 741020，China）

Key words：micro grid；power quality；flickering；harmonic；voltage imbalance

Abstract：The basic knowledge and characteristics of the micro grid are presented．The characteristics of the micro grid are analyzed from the perspective of power quality．Taking the long-time parallel operated wind farm as an example，the suggestions and summary for improvement of the power quality of the micro grid are given．

中圖分類號(hào)：TM727

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005—7277（2016）02—0051—04

收稿日期：2016-03-09