分布式電源對配網供電電壓質量的影響

張世豪

摘 要：隨著用戶對供電質量和安全性的要求越來越高，分布式電源對配網供電電壓質量的影響越來越受到人們的重視。介紹了電壓偏差、電壓波動、電壓閃變、電壓暫降四種配電網電壓質量指標，研究了分布式電源對電壓質量的影響，總結了分布式電源引起配網供電電壓波動的主要原因，提出了改善電壓質量的措施。

關鍵詞：相對電壓變化率；無功補償；動態電壓恢復器；電網

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.138

分布式電源與主網結合發電能節省投資、降低能耗，被認為是電網發展的主要方向之一。但分布式電源發電功率具有較大的隨機波動性，對配網供電電能質量造成了一定的影響。因此，研究分布式電源并網對供電電壓質量的影響具有重要的意義。本文分析了配電網電壓質量指標以及分布式電源對電壓質量的作用機理，提出了改善電壓質量的治理措施，為分布式電源并入電網提供了理論支撐。

1 配電網電壓質量指標

1.1 電壓偏差

電壓偏差是指配網某處的實際電壓與額定電壓的差值。當電網中的負荷發生變化時，配網中將出現電壓偏差，其表達式如下：

式（1）中：U為實際電壓；UN為額定電壓。

配網三相供電電壓偏差一般在±7%范圍內。

1.2 電壓波動

電壓波動是指配網電壓有效值發生的變動或改變，通常在電網有波動負荷時電壓會發生波動。其計算方法一般為有效值相鄰最大值、最小值之差與額定電壓的比值，表達式如下：

式（2）中：Umax為電壓有效值的最大值；Umin為電壓有效值的最小值。

35 kV及以下電壓等級的配電網對電壓波動的允許值在1.25%～4%的范圍內波動。

1.3 電壓閃變

電壓閃變是指當電壓閃變到一定程度時，人感受到燈光亮度的變化。電壓閃變實際上是低頻的非整數次的電壓波動所造成的，會使用戶的電動機轉速不規律變化，對電機有一定的損害；造成照明燈泡閃爍，導致人的視覺感受變差；對于電壓穩定性要求較高的工業，出現電壓閃變會造成產品質量下降。

1.4 電壓暫降

電壓暫降是指電壓有效值在短時間內快速下降，并持續0.5～30個工頻周波的時間。

2 分布式電源對電壓質量的影響

基于分布式電源具有的特性，其發電不穩定，在環境變化時可能會改變起停狀態。分布式電源接入配網后，會對上述電壓指標造成多種影響。在分布式電源發生發電波動、接入主網、與主網斷開等情況時，必將對配網造成一定的干擾，配電網的供電電壓質量會下降。同時，分布式電源的接入也會增加配網的短路容量，增大電壓強度，進而對控制區域配網電壓波動造成影響。

2.1 相對電壓變化率

電網中的電壓分布與潮流有關。當注入功率和負荷發生變化時，電網各節點會出現電壓質量下降的情況。分布式電源影響電壓質量的主要原因為其發電功率的波動。分布式電源的發電功率發生變化時，會導致線路電流發生變化，相對電壓變化率的計算公式如下：

式（3）中：△Sn為分布式電源注入功率的變化量；φ為分布式電源接入點的電網阻抗角；θ為分布式電源的功率因數角；SK為分布式電源接入點的短路容量。

由此可見，分布式電源對供電電壓的影響因素主要包括3個：①分布式電源注入功率的變化量△Sn；②分布式電源的功率因數；③分布式電源接入點的短路容量SK.

2.2 抑制電壓波動

電力系統的短路容量越大，則電網越強。接入分布式電源后，配網系統的短路容量發生了改變，在出現沖擊性負荷投切或故障時，與常規配網相比，其電壓變化程度將會被抑制或削弱。

3 電壓質量的治理措施

接入分布式電源后，其注入功率的變化會導致配網電壓質量的下降。以異步風機為例，其并入配網后，吸收無功功率的過程加大了電網的擾動和增大了電壓變化率。針對分布式電源引起的電壓質量下降的情況，本文提出了以下解決措施：①對于異步風機，由于其不產生無功功率，因此，對其進行無功補償可有效改善配網電壓的質量；②分布式電源有功功率的波動會導致配網波動，而使用動態電壓恢復器（DVR）進行無功功率補償和瞬時的有功功率補償能補償電壓跌落或抵消電壓浪涌；③運用多種儲能手段，包括蓄電池、超級電容器、飛輪等形式，穩定分布式電源的發電量可對穩定電壓有積極作用。

4 結束語

本文介紹了4種配電網電壓質量指標，討論了分布式電源對電壓質量的作用機理。研究發現，分布式電源對供電電壓質量的沖擊與分布式電源注入功率的變化量、分布式電源的功率因數、分布式電源接入點的短路容量等相關，接入分布提升電源的剛性率，即在出現沖擊性負荷投切或故障時，可抑制或削弱電壓波動。此外，還提出了進而無功補償、使用動態電壓恢復器、運用多種儲能手段等建議，以期為提升配網電壓質量貢獻力量。

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〔編輯：張思楠〕