分布式新能源接入電網的電能質量問題分析

鐘筱怡

摘 要：近年來，隨著全球氣候變暖、生態環境惡化以及世界性能源危機的爆發，各個行業都在研究清潔節能的新能源，從而實現全球經濟的可持續發展。智能電網技術將可再生能源與電網有機結合起來，極大地推動了新能源的發展。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中，嚴重影響了電網的穩定性和電能，因此，必須采取有效的措施，消除電網影響。該文主要分析了分布式電源并網對電能質量的影響并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：分布式 新能源接入 智能電網 電能質量

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

分布式發電技術指的是以可再生資源為主的小型發電裝置，這種發電裝置的發電容量一般是幾十或者幾百千瓦的微型燃氣輪機、太陽能光伏發電技術、燃料電池、風力發電等，這種發電裝置就布置在電力負荷附近。分布式發電技術具有投資小、能源利用率高、節能環保，能夠減少電能遠距離運輸過程中的電力損失，提高供電的可靠性和安全性等優點。然而，分布式電源并入電網中，對主電網會產生一定的影響，尤其是大功率電力電子開關設備廣泛應用在分布式電源中，造成主電網電壓波形畸變、電壓閃變和三相不平衡等問題，嚴重影響了配電網的輸電質量。因此，探討分布式新能源接入電網的電能質量問題，對促進我國新能源的發展和應用具有重要意義。

1 分布式電源并網對電能質量的影響

電能質量主要指的是供電質量，具體體現在電流質量、電壓質量、用電質量等，衡量供電質量的指標有3項參數：電壓、波形、頻率。分布式電源并網造成電力用戶設備故障或者出現電壓波動、頻率偏差、三相不平衡、電壓中斷、瞬態過電壓等問題，影響供電的持續性。分布式接電源并網對電能質量的影響具體體現在電壓偏差、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的分量，其中大于基波頻率且為整倍數的分量就是諧波。間諧波指的是那些非工頻頻率整倍數的諧波，一般是由非線性沖擊負荷或者較大電壓波動造成的，比如：異步電機、電焊機、變頻調速裝置等都是間諧波。微型電網的諧波和間諧波都對電能質量會產生一定影響，按照國際上通用的電能質量公用電網諧波的要求，0.38 kV低壓電網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的諧波和簡諧波主要來源，通過同步發電機、異步發電機接入電網的分布式電源產生的諧波和間諧波對電網的影響比較小，幾乎可以忽略不計。但是經過逆變器接入電網的分布式電源會產生大量的諧波，這是由于電力電子元件的大量使用，增加了電力系統非線性負荷，產生了大量的諧波，諧波的介次和幅度受到發電方式的影響。

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，分布式電源的關啟與自然條件、政策法規、電力市場以及用戶需求有關，分布式電源的不規律關啟很容易導致功率輸出的波動，從而影響配電網的電壓波動。第二，分布式電源輸出功率的變化也會造成電壓波動。在電力系統中熱電聯產機組、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，增加了電力系統短路容量，從而增加了系統電壓，一定程度上削弱了區域內配電網的電壓波動。

2 電能質量改善方法和微電網技術

2.1 改善電能質量的方法

改善電能質量的方法目前最普遍的就是加裝快速響應的動態無功補償裝置，比如：源濾波器、靜止無功補償器和控制器等。在中低壓配電網中，電壓的波動和電能符合變化與短路電容相關。在短路容量一定的情況下，無功補償是抑制電壓波動最有效的方法，這種方法對風電場作用明顯，將柔性交流設備運用在風電網，解決電網運行過程中存在的無功補償以及電壓穩定問題，能夠提高風電場的運行效率。比如：將SVC、UPFC以及靜止同步補償器運用在風力發電站中，對電力系統中的無功過剩、電網系統短路故障、風電場風速驟變等有極大的改善。其次，安裝超導儲能裝置也是解決分布式電源接入的電能質量問題的方法。超導儲能裝置是一種基于CTO的雙橋結構換流裝置，響應速度快，轉換率高，能夠獨立調節有功功率和無功功率，給電力系統提供功率補償。而且這種超導儲能裝置對接入點的電壓比較小，補功效果更加明顯。此外，公共連接短路容量比和線路X/R能有效抑制風電機組引起的電壓波動和閃變現象的發生。當X/R值對應的線路阻抗角在60°～70°之間，并入網風電機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多電平變流器解決電力系統的電力電子開關器件產生的諧波問題。

2.2 微電網技術的應用

微電網是由微型電源和電力負荷組成的系統，能夠提供電源和熱量，它將發電機、負荷、電力電子裝置以及各種分布式電源聯合起來，通過微電網內部的控制器、協調器以及能量管理器對電網進行有效的控制。微電網技術能夠協調各種分布式電源和主電網的矛盾，減少分布式能源并網對主電網的影響，從而提高電力系統的運行效率和可靠性。微電網中一般設置了儲能裝置，增加了電力系統的慣性，提高了電源對電力負荷階躍變化的響應速度，降低了頻率和電壓波動的影響。

3 在智能微電網框架下電能質量的研究方向

大規模分布式電源接入形成的微電網引起了很多問題，隨著傳統電網逐漸向智能電網發展，為微電網的智能化發展提供了發展的契機。智能微電網具有智能電網的集成、互動、優化和自愈等優勢，在智能微電網框架下分布式電源微電網的電能質量還需要解決3個問題：第一，協調控制技術。電力系統的電能是瞬間平衡的，智能微電網同樣如此，多個微電源之間如何進行協調控制，保持電網的穩定性和可靠性，減小微電網對主電網的影響。Agent系統具有響應力、自愈性和自發性；MAS系統具有靈活分區、無功補償裝置定值自動修改等作用，能夠有效地解決微電網這一難題。第二，分布式儲能技術。微電網不僅要為電力用戶提供優質的電能，而且還要將分布式發電和儲能系統組成的微電網接入到電力主網中，電力用戶能夠從當地的微電網和主電網中同時獲得電力功率，排除電網中的干擾，從而確保電能質量。第三，直流微電網。與交流微電網相比，直流微電網需要使用專用的直流輸電線路，各個直流微電網比較容易協調控制，只要在為微電網與主電網之間設置一個逆變器，就能減少無功功率帶來的電力損耗，裝置能夠對直流微電網的電源和電力負荷進行補償。

4 結語

隨著科學技術的進步以及電網的快速發展，分布式新能源的應用越來越廣。尤其是以風電和光伏太陽能發電技術近年來發展迅速，與電網結合在一起，形成了一個高度靈活的電力網絡，提高了電網的穩定性和安全性，但是分布式電源的接入嚴重影響了電能的質量。因此，還需要對分布式新能源并網進一步的分析和研究。

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