分布式电源对电网电能质量的影响及其改善

分布式电源对电网电能质量的影响及其改善

发表时间：2018-02-28T16:02:02.247Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第27期作者：刘晓鹏唐桂花邵麟[导读] 社会的发展和科技的进步使人们对电力的需求日益增大，而传统能源短缺和对环境保护的迫切要求促使电力行业在扩大完善原有的大电网集中供电的同时。

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摘要：近几年的电力负荷迅速增加，随着电网规模的不断扩大，传统的大型电力系统难以招架，智能电网应运而生。为了实现当地能源的开发和利用，减少长距离输电的损耗，一种高效、环保、灵活的新型发电技术——分布式发电成为新型智能电网的一个重要组成部分，也引起了世界科研工作者的重视，成为电力系统的一个新的研究热点。不过分布式电源的接入也给电网的系统规划、电能质量、继电保护等方面带来诸多问题。本文从电能质量的角度，分析了分布式电源并网产生的电能质量问题及改善方法。

关键词：分布式电源；接入；电能质量问题

引言

社会的发展和科技的进步使人们对电力的需求日益增大，而传统能源短缺和对环境保护的迫切要求促使电力行业在扩大完善原有的大电网集中供电的同时，不断开发新能源，加强可再生能源的利用率，形成了大电网与分布式发电技术相结合的新型供电模式。目前，分布式电源已是研究热点之一，其中应用水力、生物质能比较成熟；天然气发电，如内燃机技术已趋于完善；而风力、光伏发电、太阳能、地热和潮汐发电属于新兴发电技术。目前，太阳能电池的总产量的增长率在每年30%左右，风力发电总主机的容量以平均每年超过30%的增长率增加。

1 研究现状

经过这几年科技的发展，大量的新型电机和电子设备得到广泛的应用，导致了对电能质量的污染也逐步增加。无独有偶，各种精密仪器的使用对电能质量的要求越来越高，这就进一步要求提高电力系统中的电能质量，针对这一情况，我国同样也进行了大量的针对电能质量的研究。对传统电网中的电能质量进行了多次试验测量，并提出了解决方案，分布式电源出现并得到了广泛应用。

2 分布式电源接入电网对电能质量的影响

（1）受环境和气候条件、用户需求、政策法规等因素的影响，分布式电源的起停与投切，其不确定性易造成配电网明显的电压波动和闪变。同时，分布式电源的控制设备和反馈环节的相互作用也会直接或间接引起电压闪变；分布式电源采用基于电力电子技术的逆变器接入配电网，与传统电网的方式有很大不同，开关器件的频繁开关易产生开关频率附近的谐波分量，对电网造成谐波污染；分布式电源常位于配电网终端，离负荷近，它所输出的无功可以使负荷节点的电压上升，甚至可以超出偏移标准。在分布式电源停止运行时，受影响较大节点负荷又会因为缺少了电压支撑从而遭受低电压等严重的电能质量问题，其受影响程度会与分布式电源类型、位置、容量有关；

（2）电网中大量的分布式发电随机输入和输出操作增加了电力系统负荷预测的不确定性，配电系统规划者难以准确预测负荷增长；配电网规划是一个动态规划问题，其动态特性与维数密切相关，系统增加的一些分布式发电节点，使得在所有可能网络结构中寻找最优的网络布局更加困难；

（3）分布式电源的应用造成了配电系统的单向潮流结构改变，导致潮流的方向以及大小无法被预测。根据电源安装位置的不同，馈线段潮流既可能会增多也可能会减少，当馈线上分布式电源的输出功率比负荷需要大时，会引起馈线某些部位或全部潮流反向，潮流变化致使电压调整设备丧失调节作用，例如有载调压变压器；分布式电源接入后可能影响系统运行整体可靠性、安全性。对于典型性的放射状配电系统来说，分布式电源的应用对电网结构造成了短路电流大小与持续时间的改变、原有保护装置误动作等问题，破坏保护设备间的协调运行，妨碍了自动重合闸动作。特别是当短路电流大于原有系统断路器中断容量时将导致设备损坏。

3 分布式电源接入电网的电能质量问题解决措施

3.1优化电网结构建设

对于电网结构的建设，欲速则不达，不同时期应该采取不同的建设方式。为了实现电网更快更好的建设，有几点需要重视：其一，扎根于负荷中心。建设之前先将规划做好，将主要的电源点分布在负荷中心，便于未来电网的建设，还可以优化网络结构，达到持续可靠的供电。其二，分层次、划区域的建设。现代化的配电网在运行中必须考虑分层次划区域的管理，还应该以终端系统为核心，这样当外部电源和终端系统相连，就可以形成一个平衡区域。不同的终端系统通过骨干网输送电力，骨干网即通过高电压等级线路输电，形成一个以枢纽变电站为中心的区域系统。这样可以优化有用功和无用功电力的调整和平衡，实现控制短路的电流，从而达到安全经济的目标。其三，先布点后增容。在当今社会中，土地资源也制约着配电网的建设，因为土地资源越来越紧张，能划给电网建设的地方也越来越少，因此，建议在配电网建设中，应该充分考虑到可以使用的资源，进一步优化网络结构。

3.2安装电能质量调节装置

（1）目前，改善电能质量的方法中应用最普遍的方法就是动态响应快速的无功补偿装置的安装，如静止无功补偿器（SVC）、静止无功发生器（SVG），也被称为静止同步补偿器（STATCOM）、电源滤波器和统一电能质量控制器（UPQC）等，是提高电能质量最常用的方法。动态无功补偿装置（SVG与SVC）可以平滑地调节无功功率，保持动态电压稳定，提高系统的运行性能。在分布式电源的出口低压侧安装动态无功补偿器，根据分布式电源的接入点（PCC）的电压偏差量控制补偿无功功率，可以使PCC处的电压稳定，减少对分布式发电的电压输出功率对系统电压的影响，减少电压波动和闪变电压骤降发生，也可以提高风电场低电压穿越能力。

（2）对于分布式电源引入电网带来的谐波问题，一方面可采用多脉冲换流器，脉冲数越高，谐波含量低，但也意味着增加了电力电子设备的成本；另一方面，可以在有较高的谐波含量的PCC处安装电力滤波器来吸收谐波电流。电力滤波器包括有源、无源和混合滤波器三种。对于太阳能光伏配电网，则是提出了一种具有多功能逆变器的控制策略，这种光伏发电系统的逆变器具有滤波功能，通过参考电压的最大功率点来对控制策略进行跟踪，从而达到稳定电压源型的逆变器所输出电流的目的。而风电场将需要在谐波水平较高的母线上进行静止无功补偿器（SVC）的安装，这样可以滤除谐波并综合补偿无功，并且减少风机的启停次数。