主动配电网与电能质量

主动配电网与电能质量
摘要:随着分布式电源和电动汽车等规模化发展,将给传统配电网带来诸如电压越限"双向潮流等问题,配电网由被动控制过渡到主动控制是未来的发展模式和方向之一，将成为智能配电网发展的核心。

同时随着电力系统的发展，电力生产正在由计划经济向市场经济转变，在电力市场条件下，供电表现为一种商业服务行为，电能作为一种商品，同其它商品一样具有质量属性，而用户对电能质量的要求越来越高。

因此，保证良好的供电质量是电力市场的客观需要，同时，也是促进社会文明、安定的重要因素。

本文介绍了近年主动配电网发展背景和前景，接着分析了电能质量下降的原因及其危害，接着介绍了国际上一个关于主动配电网与电能质量的研究脉络。

关键词：智能电网；主动配电网；微电网；电能质量
0引言
电能质量问题的提出由来已久。

在电力系统发展的早期，电力负荷的组成比较简单。

主要由同步电动机、异步电动机和各种照明设备等线性负荷组成。

因此衡量电能质量的指标也比较简单!主要有频率偏移和电压偏移两种20世纪80年代以来，随着电力电子技术的发展，非线性电力电子器件和装置在现代工业中得到了广泛应用!同时。

为了解决电力系统自身发展存在的问题。

直流输电和FACTS?技术不断投入实际工程应用。

调速电机以及无功功率补偿电容器也大量投入运营。

这些设备的运行使得电网中电压和电流波形畸变越来越严重。

谐波水平不断上升。

另外，冲击性波动性负荷。

例如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等运行中不仅会产生大量的高次谐波而且还会产生电压波动、闪变、三相不平衡等电能质量问题。

但另一方面，随着各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及、人们对电能质量的要求越来越高。

因而电能质量成为目前研究的热点。

1 主动配电网概述及发展背景
1.1主动配电网提出的背景
随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电力部门把注意力主要集中在火力发电、核电以及水力发电这样大型集中电源的建设上，以便符合电力负荷的迅速增长的需求，达到“经济规模”。

但是在电力系统规模不断扩大的过程中，会出现以下几个问题：(1)在大型电力系统中，当局部发生小事故，整个系统可能会大面积的停电，而且在不断地增加电力系统规模的过程中，也会增加发生事故的概率;
(2)为了建设输电走廊和变电站，电力系统中远距离输配电要占用大面积土地，则会造成电磁污染，成本花费也比较高;
(3)随着通信、信息和控制技术不断地发展，现在的大型电力系统的供电质量还达不到其要求;
(4)现有大型电力系统的结构，不可以满足电力生产以及管理市场化的需求;
(5)集中式发电中所用的一次能源种类比较少，而且存在严重的环境和资源问题. 鉴于以上问题，以可再生能源的综合利用为核心的分布式发电势在必行。

可再生能源是重要的战略替代能源，对增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境有重要作用，是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要战略措施。

发展分布式发电不仅可以合理利用可再生能源，而且也能给电力系统建设运行带来可观的经济效益。

引入分布式发电，可以减少远距离输电线路和大型电厂的建设，这主要是由于:(1)大部分的新增负荷将由分布式发电来满足;(2)由于分布式发电具有平衡负荷、削峰填谷和降低峰谷差的功能，现有的发输电设施的利用率得到了大大的提高。

而且也不再有必
要建设那些利用率极低的发输电设备，节省了大量的成本资金。

当然，分布式发电的引入使配电网的控制和管理更加复杂，因为配电网从一个辐射式的网络变为了一个遍布在电源和用户之间的网络。

1.2主动配电网的概念
主动配电网是由微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统。

它对于大电网表现为一个单一可控的单元，可实现对负荷多种能源形式的高可靠供给。

而主动配电网的特点主要有两个:一是含有本地发电装置，多为容量较小的分布式电源，分布式电源，(Distributed Gendration Resources, DGRs)通常指主要利用可再生新能源且发电功率为几kW至50 MW小型模块式、与环境兼容的独立电源，可以满足电力系统和用户特定要求。

二是主动配电网是可控的，主动配电网的功能是将电源和用户需求有效连接起来，允许双方共同决定如何最好地实时运行。

要达到这一要求，控制水平要远高于传统配电网的水平。

1.3主动配电网发展现状
“十二五”期间国网对配网的智能化投资增加,以及配电网电能质量和减少故障停电时间已成为国网公司的考核要求,未来智能配电网的发展带来的资本市场行情已经非常明晰。

解决当前供电可靠性不足和提高电能质量是配电网未来的发展重点,无疑智能配电网能够承担起这项功能;但是必须看到,随着新能源的接入、电动汽车和充电站在未来环境改善中扮演越来越重要的角色,现有的配电网已经变得越来越复杂,其控制保护早已区别于传统意义的配电网,配电网的发展正在向“主动配电网”迈进。

主动配电网是分布式电源高度渗透、功率双向流动的配电网络。

需要对新能源并网机组和充放电装置做好监视和控制,而这些正是主动配电网的功能所在。

主动配电网对传统的配电网提出了新的要求:如在电压控制、继电保护、短路电流限制、故障定位与隔离、分布式电源调度管理以及储能设备应用等方面都有更多的投资机会。

我们把智能配电网分成节能和智能两个投资方向。

智能相对于节能来讲,电网公司对供电可靠性问题更加关注;而节能问题更多的是用户的考虑,所以我们将智能方向的考虑放在投资的首位。

当然,许多节能的前提是电能质量的改善,我们仍然要予以关注。

智能方向,也就是提高供电可靠性、减少故障停电时间,包括配网自动化和配电网在线监测两个方向。

其中,配网自动化市场预计2013年约300亿元,2014年约340亿元,2015年将达到380亿元;配电网在线监测预计市场容量约10亿,每年以10%左右的速度递增。

未来智能配电网值得关注的机会还有:配电网的整体解决方案提供、物联网概念在配电网中的应用、配电网单相接地故障定位技术、配电网人身安全保护、直流配电网及相关问题的解决方案以及储能电池的研制和推广等。

2电能质量问题的提出
随着电力系统电源的发展，电力生产由计划经济向市场经济转变，用户对电能质量的要求将会愈来愈高。

在电力市场条件下，供电表现为一种商业服务行为，电能作为一种商品，同其它商品一样具有质量属性。

供电质量不同，成本就不同，只有供电的价格与供电质量相联系才能建立一个真正的电力市场。

作为供电部门，以最小的成本提高电能质量是电力市场的客观需要。

同时，对人民生活的供电是一种公益事业，保证良好的供电质量，也是促进社会文明、安定的重要因素。

电能质量指的是电网中各点电压或电流的幅值、频率、波形等参量符合标准的程度。

主要有五个指标[1.2.3.4]：(1)电压偏差；(2)频率偏差；(3)谐波含量；(4)电压波动和闪变；
(5)三相电压不平衡。

电压偏差和频率偏差主要决定于电网的结构、系统无功补偿设备和调压、调频手段以及电网调度的合理性。

传统上，对电能质量关注的指标是频率偏差和电压偏差，而对电力污染的重视不够，致使这些指标不断恶化，严重威胁着电力系统的安全经济运行。

尤其是信息技术的飞速发
展，基于计算机、微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中大量投入使用，它们对系统干扰比机电设备更加敏感，因此对供电质量的要求也更高。

如不及时地、很好地加以解决电能质量问题，将会造成大量的经济损失[5]。

随着电力电子技术的发展，电力系统中出现了大量非线性负荷。

例如冶金、化工、矿山部门大量使用晶闸管整流电源，许多工业部门中大量使用变频调速装置，铁路电气机车采用单相整流电源，以及电力系统的高压直流输电等，这些典型的非线性负荷向电网注入大量的谐波电流并引起三相电压不对称[6]，目前，国际上己公认“谐波污染”为电网的公害。

另外，电力系统中的冲击负荷引起电压的波动和闪变，不对称负荷引起三相电压不平衡。

电能质量的下降严重影响了人们的正常生产和生活，近几年因电气设备损坏、继电保护误动、通讯干扰事故而涉及电能质量的纠纷也时有发生。

电能质量关系着电网的安全经济运行，是工业产品质量的保障，对降低能耗及人类生活环境等产生重要影响。

现代工业和科学技术中的精密仪器设备，复杂的控制系统和工艺流程，对电能质量的要求越来越高，因此电能质量关系着国民经济的总体效益。

3国际上关于主动配电网与电能质量的研究大纲
CIGE/CIREDGWGC4.24，C4.24“与未来电力网络相关联的电能质量和EMC问题”，是2015年成立的CIGRE和CRIED联合工作组。

目前进度形成这样技术手册这样一个大纲，后面再针对这个大纲进行公布，我现在介绍一下它的大纲情况。

它包括11个部分。

第一章总论
第二章主要介绍电力电子技术新进展。

包括电力电子变流器拓扑、控制方式，不同拓扑对电能质量的影响。

另外发电与储能中的电力电子技术，风电、卫星燃气轮机、光伏、然电池、飞轮、电池等。

输电网的电力电子技术，直流输电、FACTS。

配电网的电力电子技术。

第三章关于智能电网与电能质量问题，智能电网运行指标还有新型的电能质量扰动。

还有低压直流电网电能质量，电能质量大数据。

第四章关于干扰概率的变化，发射增加，抗绕能力下降，传播增强。

第五章探讨微电网与电能质量问题。

这个微网孤岛/并网模式下电能质量有差异。

单一或多功能治理设备。

孤岛模式下逆变器的运行，并网与离网它的电能质量，直流微网与交流电网的融合问题，独立运行的相关问题。

六、七、八章是电压无功控制和电能质量的影响问题。

第七章是配网重构与电能质量，包括故障后的配网重构，非故障时的配电网重构，以及电能质量指标。

第八章是需求侧管理与电能质量，重点关注需求侧管理对电能质量的影响，通过需求侧管理一个是降低发射，提高抗扰。

第九章关于新型测量技术针对新型扰动肯定要制定新的测量方法，包括一个监测点的配制原则，涉及到的一些测量环境，智能站里头用的IED来的是数字信号这一类的问题，软件方面就是测量方法，包括数据后处理，还有新的指标一些测量方法的问题。

另外他们还关注数据的处理和存储以及数据安全的问题。

第十章新型抑制技术和治理问题。

目标就是为了减少发射，另外就是提高电网运行改善抗扰能力，手段从用户侧一个传统的咱们说治理设备，另外就是你提高设备本身抗扰能力。

电网侧就是提高短路容量。

针对电能质量治理对象可能就是电压幅值相干的、谐波、高频谐波、不平衡、电压波动和闪变。

最后涉及电能质量与经济性，电能质量损失增加，损失的评估计算，另外就是损失责任分担，然后就是市场机制，这是后续工作组开展的工作。

4结语
随着电力电子与信息技术在社会各个领域的渗透应用，一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高，电能质量已成为电力企业和用户共同关心的课题。

当今威胁信息
电力质量的主要干扰除了谐波、电压波动外，更多为人们所关注的将是电压暂降和短时断电、电压闪变等动态电能质量问题；我们应因地制宜，对症下药，在深入调研、现场实测、试验研究的基础上，运用FACTS和电力新技术对电能质量进行系统化地综合补偿，这将是今后解决电能质量问题的最根本途径。

参考文献
[1]尤毅，刘东，于文鹏，陈飞，潘飞.主动配电网技术及其进展.电力系统自动化，2012，36（18）
[2] 赵波, 洪博文, 葛晓慧. 大量分布式光伏电源并网后能量渗透率的研究.华东电力，2010，39（9)
[3]任建锋, 丁亚伟, 付磊, 等. 基于相位角原理的特高压电网失步解列改进方案[J]. 电力系统自动化, 2011, 35(10): 104 107 [4]GB/T 15945—2008 电能质量电力系统频率偏差[S]. 北京: 中国电力出版社, 2008. .。