分布式电源与电能质量

分布式电源与电能质量

摘要：随着传统电源的枯竭和传统电力系统的某些固有缺陷，分布式电源以其环保、高效、灵活的特点引起了全球范围内的广泛关注。因此，在集中式发电和大电网运行的基础上，大力发展分布式发电技术，建立含有分布式发电的新型电网将成为电力系统发展的必然趋势。但是，随着分布式电源对电网的渗透率日益增加，给现代电力系统带来了许多方面的影响，其中，对电能质量的影响不容忽视。本文主要阐述分布式电源接入电网对电网电能质量的影响和应对措施，以及由此产生的新的待研究问题。

关键词：分布式电源；电能质量；应对措施；新问题

正文

一、分布式电源接入电网对电网电能质量的影响

分布式电源的一种普遍理解是：为满足某些终端用户的需求，功率为几kW 至50kW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。分布式发电DG（Dispersed Generation）主要包括风力发电、光伏发电、燃料电池、微汽轮机、燃气轮机等以可再生资源或是天然气作为一次能源的新型发电技术。其中风力发电和光伏发电是目前主要形式。

而电能质量从普遍意义讲就是指优质供电。如今我们不知要考虑用电的频率偏差和电压偏差，我们还关心电能的电压波动与闪边、三相不平衡度、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性等一系列问题。长期以来，人们习惯把电能质量与供电可靠性几乎等同看待。随着当代电力系统符合结构发生的巨大变化，要保证其正常工作仅靠保证传统定义上的供电可靠性已经远远不够了。如今，社会与科技的进步已经赋予里电能质量更多新的内容。

分布式电源DEG(Distributed Energy Resources)其实对电能质量有一些有利的影响，比如当系统中关联负载较大时，分布式电源能够及时快速地提供电能，是系统尽可能减少故障，从而提高电网的稳定性。同时，分布式电源的接入提高了接入点的短路容量水平，增加电网强度，降低电压波动与闪变。分布式电源的接入减少了馈线中的传输功率，同时加上DEG无功出力的支持，对负荷节点起到电压支撑的作用。而且，分布式电源与电能质量调节器的优化配置可以实现统一控制，如分布式发电设备应用到DFACTS技术中去，不仅提高了电能质量水平，而且减少了设备投资。

但是，DG的渗透也给配电网电能质量水平带来了严重的影响。DEG会引起一些电力扰动，如：电流的剧烈变化引起的瞬变；发电机组输出功率的周期性变化导致的电压波动；发电机有功和无功功率变化引起的长时间电压变动；单相发电机组引起的不平衡问题；短路电流水平增大引起的不平衡问题；短路电流水平

增大引起的电压暂降特征的改变等。

目前国内外主要研究这几个方面关于DG对配电网电能质量的不利影响：（1）集中供电配电网一般呈辐射状，稳态运行下沿馈线潮流方向电压逐渐降低。

接入DEG后由于馈线上的传输功率减少以及DEG输出无功的支持，使沿馈

线的各负荷节点处电压被太高，可能会导致一些负荷节点的电压偏移超标。（2）分布式电源并网导致大量的电力电子转换器应用到系统中，其开关器件频繁的开通和关断容易产生开关频率附近的谐波分量，对电网造成谐波污染。（3）分布式电源的起动和停运与自然条件、用户需求、政策法规、电力市场等众多因素有关，分布式电源的不规则启停容易导致其功率输出的波动，导

致分布式电源的反馈环节的电压控制设备相互影响，直接或间接引起电压

波动及谐波。进而造成配电网明显的电压波动。

（4）分布式电源与配电网负荷的不协调运行，也会影响配电网的电能质量。当DEG的发电容量与当地负荷的变化一致时，将会抑制系统的电压波动；反

之，将会加重系统的电压波动。另外，由于分布式电源的并网位置、容量

和控制方式常常选择不合理，使得线路上的潮流变化较大，因此加大了配

电网电压低调整难度，从而产生电压波动。

（5）对于三相不平衡的现象，尽管大部分分布式发电机是三相机组，但家用热点混合系统和光伏系统正变得越来越普遍，单相发电机组也将给低压配电

系统带来三相不平衡的问题。

（6）当电力公司供电因故障、事故或停电维修而跳脱时，各用户端的DEG并网发电系统有可能和周围的负载构成一个自给供电的孤岛，及所谓孤岛效应。

当DEG切换成孤岛方式运行时，如果没有储能元件或其能量太小，容易导

致电压波动与闪变。对于单相光伏电池，当其脱离原有的配电网后，原来

的单相供电模式可能造成其他配电网内出现三相负载不对称的情形，还有

可能影响到其他用户的电压质量。

由于这些不利影响不仅严重降低了配电网电能质量，而且对于大电网而言，也是巨大的威胁。所以我们必须采取一系列措施尽可能减小甚至消除这些不利影响。

二、应对分布式电源接入对电网电能质量不利影响的措施

（1）DER接入对配电网电压调节的影响对策：

1)研究新的VQC及自动电压控制(AVC)策略,使其参与DER的运行控制,

以调整DER本身的出口电压。

2)在DER接入点安装快速响应的动态无功补偿设备,如动态无功补偿装

置(SVC)或静止无功发生器(SVG)。

3)DER在正常情况下应多发有功,少发无功,保持高功率因数运行。

4)应根据配电网状况选择最佳的DER接入位置。

（2）对电能质量的影响对策：通过在DER并网处安装滤波器解决谐波超标问题,通过配置响应速度快的动态无功补偿装置解决电压闪变问题。

（3）对供电可靠性的影响对策：

1)建立有规划的DER孤岛运行模式,提高电网的供电可靠性。有规划的

孤岛运行模式为,取消DER反孤岛保护,在预设的解列点装设故障解列装置,该装置是基于对电网频率、电压等运行参数的判断来实现解列。

2)加强对DER的管理,避免DER影响电网事故的发生。

分布式电源的接入对电网还有其他不利的影响，比如说铁磁谐振问题、电网效益问题、对电网规划影响、对并网变压器影响等等，这些问题的产生是由分布式发电和现有电力系统之间的根本差异导致的，我们应权衡各种影响，分别采用不同的解决方案。

三、待研究问题

（1）柔性直流输电技术是基于电压源换流器的高压直流输电（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current

Transmission，VSC-HVDC）技术由加拿大McGill大学的Boon-Teck

Ooi等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉

宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无

源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成

多端直流系统等优点。分布式电源如果通过柔性直流输电技术加入

到配电网中，和交流输电同时运行，能够减少电压闪变等对负荷的

影响、减小有功和无功功率变化对交流配电网的影响，使运行人员

能更好的对配电网进行监控、能很好的控制潮流、线路的损耗，保

证电场的稳定运行，并在系统出现严重故障情况下，分布式电源课

通过柔性直流输电系统为电网提供“黑启动”能力。

（2）分布式电源优化配置问题。我们必须建立有效的规则来配置分布式电源，使之不仅能保留其对电网的有利影响，而且能减小甚至消除

对电网的不利影响。往往解决此类问题，我们把它们归结成求在一

系列约束条件下相关目标函数的最优解，采取适合的算法解决。如

何建立目标函数，采用什么规则（算法）更好的解决问题，是我们

亟需研究的。

（3）分布式电源接入配电网仿真研究。分布式电源接入配电网的仿真研究，有助于我们提前了解分布式电源对电网的影响，根据仿真结果