分布式新能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題分析

鐘筱怡

摘 要：近年來，隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化以及世界性能源危機(jī)的爆發(fā)，各個行業(yè)都在研究清潔節(jié)能的新能源，從而實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。智能電網(wǎng)技術(shù)將可再生能源與電網(wǎng)有機(jī)結(jié)合起來，極大地推動了新能源的發(fā)展。新能源的利用方式分成集中式和分布式，將分布式新能源接入到電網(wǎng)中，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能，因此，必須采取有效的措施，消除電網(wǎng)影響。該文主要分析了分布式電源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：分布式 新能源接入 智能電網(wǎng) 電能質(zhì)量

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0055-02

分布式發(fā)電技術(shù)指的是以可再生資源為主的小型發(fā)電裝置，這種發(fā)電裝置的發(fā)電容量一般是幾十或者幾百千瓦的微型燃?xì)廨啓C(jī)、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電等，這種發(fā)電裝置就布置在電力負(fù)荷附近。分布式發(fā)電技術(shù)具有投資小、能源利用率高、節(jié)能環(huán)保，能夠減少電能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸過程中的電力損失，提高供電的可靠性和安全性等優(yōu)點(diǎn)。然而，分布式電源并入電網(wǎng)中，對主電網(wǎng)會產(chǎn)生一定的影響，尤其是大功率電力電子開關(guān)設(shè)備廣泛應(yīng)用在分布式電源中，造成主電網(wǎng)電壓波形畸變、電壓閃變和三相不平衡等問題，嚴(yán)重影響了配電網(wǎng)的輸電質(zhì)量。因此，探討分布式新能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題，對促進(jìn)我國新能源的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。

1 分布式電源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響

電能質(zhì)量主要指的是供電質(zhì)量，具體體現(xiàn)在電流質(zhì)量、電壓質(zhì)量、用電質(zhì)量等，衡量供電質(zhì)量的指標(biāo)有3項(xiàng)參數(shù)：電壓、波形、頻率。分布式電源并網(wǎng)造成電力用戶設(shè)備故障或者出現(xiàn)電壓波動、頻率偏差、三相不平衡、電壓中斷、瞬態(tài)過電壓等問題，影響供電的持續(xù)性。分布式接電源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響具體體現(xiàn)在電壓偏差、電力諧波等影響。

1.1 諧波和間諧波問題

諧波指的是電流或者電壓中含有的頻率就是基波頻率整倍數(shù)的分量，其中大于基波頻率且為整倍數(shù)的分量就是諧波。間諧波指的是那些非工頻頻率整倍數(shù)的諧波，一般是由非線性沖擊負(fù)荷或者較大電壓波動造成的，比如：異步電機(jī)、電焊機(jī)、變頻調(diào)速裝置等都是間諧波。微型電網(wǎng)的諧波和間諧波都對電能質(zhì)量會產(chǎn)生一定影響，按照國際上通用的電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波的要求，0.38 kV低壓電網(wǎng)的諧波電壓總畸變率最高不能超過5%。變流器是分布式新能源并網(wǎng)的諧波和簡諧波主要來源，通過同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)的分布式電源產(chǎn)生的諧波和間諧波對電網(wǎng)的影響比較小，幾乎可以忽略不計(jì)。但是經(jīng)過逆變器接入電網(wǎng)的分布式電源會產(chǎn)生大量的諧波，這是由于電力電子元件的大量使用，增加了電力系統(tǒng)非線性負(fù)荷，產(chǎn)生了大量的諧波，諧波的介次和幅度受到發(fā)電方式的影響。

1.2 電壓波動

分布式接入電源對電壓波動的影響主要有以下幾個方面：第一，分布式電源的關(guān)啟與自然條件、政策法規(guī)、電力市場以及用戶需求有關(guān)，分布式電源的不規(guī)律關(guān)啟很容易導(dǎo)致功率輸出的波動，從而影響配電網(wǎng)的電壓波動。第二，分布式電源輸出功率的變化也會造成電壓波動。在電力系統(tǒng)中熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、供電需求變化都會影響到輸出功率的變化。第三，由于分布式電源的接入，增加了電力系統(tǒng)短路容量，從而增加了系統(tǒng)電壓，一定程度上削弱了區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)的電壓波動。

2 電能質(zhì)量改善方法和微電網(wǎng)技術(shù)

2.1 改善電能質(zhì)量的方法

改善電能質(zhì)量的方法目前最普遍的就是加裝快速響應(yīng)的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，比如：源濾波器、靜止無功補(bǔ)償器和控制器等。在中低壓配電網(wǎng)中，電壓的波動和電能符合變化與短路電容相關(guān)。在短路容量一定的情況下，無功補(bǔ)償是抑制電壓波動最有效的方法，這種方法對風(fēng)電場作用明顯，將柔性交流設(shè)備運(yùn)用在風(fēng)電網(wǎng)，解決電網(wǎng)運(yùn)行過程中存在的無功補(bǔ)償以及電壓穩(wěn)定問題，能夠提高風(fēng)電場的運(yùn)行效率。比如：將SVC、UPFC以及靜止同步補(bǔ)償器運(yùn)用在風(fēng)力發(fā)電站中，對電力系統(tǒng)中的無功過剩、電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障、風(fēng)電場風(fēng)速驟變等有極大的改善。其次，安裝超導(dǎo)儲能裝置也是解決分布式電源接入的電能質(zhì)量問題的方法。超導(dǎo)儲能裝置是一種基于CTO的雙橋結(jié)構(gòu)換流裝置，響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)換率高，能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)有功功率和無功功率，給電力系統(tǒng)提供功率補(bǔ)償。而且這種超導(dǎo)儲能裝置對接入點(diǎn)的電壓比較小，補(bǔ)功效果更加明顯。此外，公共連接短路容量比和線路X/R能有效抑制風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動和閃變現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)X/R值對應(yīng)的線路阻抗角在60°～70°之間，并入網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的電壓波動和閃變值最小，目前常用的辦法就是加裝有源濾波器或者級聯(lián)多電平變流器解決電力系統(tǒng)的電力電子開關(guān)器件產(chǎn)生的諧波問題。

2.2 微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

微電網(wǎng)是由微型電源和電力負(fù)荷組成的系統(tǒng)，能夠提供電源和熱量，它將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、電力電子裝置以及各種分布式電源聯(lián)合起來，通過微電網(wǎng)內(nèi)部的控制器、協(xié)調(diào)器以及能量管理器對電網(wǎng)進(jìn)行有效的控制。微電網(wǎng)技術(shù)能夠協(xié)調(diào)各種分布式電源和主電網(wǎng)的矛盾，減少分布式能源并網(wǎng)對主電網(wǎng)的影響，從而提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。微電網(wǎng)中一般設(shè)置了儲能裝置，增加了電力系統(tǒng)的慣性，提高了電源對電力負(fù)荷階躍變化的響應(yīng)速度，降低了頻率和電壓波動的影響。

3 在智能微電網(wǎng)框架下電能質(zhì)量的研究方向

大規(guī)模分布式電源接入形成的微電網(wǎng)引起了很多問題，隨著傳統(tǒng)電網(wǎng)逐漸向智能電網(wǎng)發(fā)展，為微電網(wǎng)的智能化發(fā)展提供了發(fā)展的契機(jī)。智能微電網(wǎng)具有智能電網(wǎng)的集成、互動、優(yōu)化和自愈等優(yōu)勢，在智能微電網(wǎng)框架下分布式電源微電網(wǎng)的電能質(zhì)量還需要解決3個問題：第一，協(xié)調(diào)控制技術(shù)。電力系統(tǒng)的電能是瞬間平衡的，智能微電網(wǎng)同樣如此，多個微電源之間如何進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，減小微電網(wǎng)對主電網(wǎng)的影響。Agent系統(tǒng)具有響應(yīng)力、自愈性和自發(fā)性；MAS系統(tǒng)具有靈活分區(qū)、無功補(bǔ)償裝置定值自動修改等作用，能夠有效地解決微電網(wǎng)這一難題。第二，分布式儲能技術(shù)。微電網(wǎng)不僅要為電力用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能，而且還要將分布式發(fā)電和儲能系統(tǒng)組成的微電網(wǎng)接入到電力主網(wǎng)中，電力用戶能夠從當(dāng)?shù)氐奈㈦娋W(wǎng)和主電網(wǎng)中同時(shí)獲得電力功率，排除電網(wǎng)中的干擾，從而確保電能質(zhì)量。第三，直流微電網(wǎng)。與交流微電網(wǎng)相比，直流微電網(wǎng)需要使用專用的直流輸電線路，各個直流微電網(wǎng)比較容易協(xié)調(diào)控制，只要在為微電網(wǎng)與主電網(wǎng)之間設(shè)置一個逆變器，就能減少無功功率帶來的電力損耗，裝置能夠?qū)χ绷魑㈦娋W(wǎng)的電源和電力負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及電網(wǎng)的快速發(fā)展，分布式新能源的應(yīng)用越來越廣。尤其是以風(fēng)電和光伏太陽能發(fā)電技術(shù)近年來發(fā)展迅速，與電網(wǎng)結(jié)合在一起，形成了一個高度靈活的電力網(wǎng)絡(luò)，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，但是分布式電源的接入嚴(yán)重影響了電能的質(zhì)量。因此，還需要對分布式新能源并網(wǎng)進(jìn)一步的分析和研究。

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