孫振 蔣天賜

摘要：分布式電源是電力系統(tǒng)的重要研究和發(fā)展方向，其接入配電網(wǎng)會(huì)使配電系統(tǒng)中的潮流發(fā)生變化，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛的影響，其中電能質(zhì)量問(wèn)題是分布式電源接入配電網(wǎng)后不可回避的問(wèn)題，電能質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用戶設(shè)備的安全使用都至關(guān)重要。本文主要就分布式電源接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響方面進(jìn)行分析，給出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：分布式電源；電能質(zhì)量；影響

1.引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，一方面，全球?qū)κ?、天然氣等能源需求的日益上漲，非再生能源儲(chǔ)量卻逐漸減少，能源供應(yīng)安全成為許多國(guó)家需要面對(duì)的問(wèn)題。另一方面，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源消耗不斷增加，由此導(dǎo)致的空氣質(zhì)量下降等環(huán)境污染問(wèn)題愈加嚴(yán)重。與此同時(shí)，世界范圍內(nèi)出現(xiàn)的電力危機(jī)、大范圍停電事故的發(fā)生，也暴露出現(xiàn)有“集中發(fā)電”的電力系統(tǒng)在安全和可靠性方面存在的不足之處。分布式電源（Distributed Generation，DG）以其投資小、清潔環(huán)保、供電可靠和發(fā)電方式靈活等優(yōu)點(diǎn)日益成為人們研究的熱點(diǎn)。

分布式電源通常接入中壓或低壓配電系統(tǒng)中，使電力系統(tǒng)的潮流發(fā)生變化，對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生深刻的影響[1]。傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)是把電網(wǎng)傳輸?shù)碾娔芊峙涞浇K端用戶，而以后的配電系統(tǒng)則有可能成為一種功率交換媒介，即它能在收集電力的同時(shí)分配它們，并將它們傳送到任何需要的地方。因此，將來(lái)這種系統(tǒng)不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的“配電系統(tǒng)”，而是一個(gè)復(fù)雜的“電力交換系統(tǒng)”。分布式電源具有分散性和間歇性等特點(diǎn)，大量分布式電源的接入，將對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、安全穩(wěn)定運(yùn)行、繼電保護(hù)等方面產(chǎn)生很大的影響，現(xiàn)在這方面的研究也越來(lái)越多。

2.分布式發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

分布式發(fā)電與大電網(wǎng)具有良好的互補(bǔ)性，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)大電網(wǎng)存在的一些缺陷，并以其優(yōu)良的環(huán)保性能，提高了可再生能源的利用率，是目前世界電力系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。與常規(guī)的集中供電方式相比，分布式發(fā)電和集中供電相結(jié)合具有更加廣泛的應(yīng)用前景，分布式發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）有利于環(huán)境保護(hù)。分布式發(fā)電多采用太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等清潔的可再生能源，在不消耗煤炭等有限的化石資源情況下，可以有效地減少有害物質(zhì)的排放，對(duì)資源和環(huán)境保護(hù)帶來(lái)巨大的益處。

（2）投資小，建設(shè)周期短。一般分布式電源的裝機(jī)容量較小，距離負(fù)荷較近，不需要建設(shè)額外的變配電站，建設(shè)所用周期短，總體投資小，在避免投資風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大的同時(shí)，又能夠很快建成以滿足負(fù)荷發(fā)展需求。

（3）提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。在削峰填谷、平衡負(fù)荷方面，分布式發(fā)電可以發(fā)揮重要作用，使現(xiàn)有發(fā)輸電設(shè)施的利用率大大提高，從而提高了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。此外，分布式發(fā)電還可以作為備用電源為高峰負(fù)荷提供電力，具有啟動(dòng)和停運(yùn)快速、操作簡(jiǎn)單、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活的特點(diǎn)，與大電網(wǎng)配合，彌補(bǔ)其安全穩(wěn)定性方面的不足，在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害情況下也可維持重要用戶的供電，大大提高了供電可靠性。

3.分布式電源接入配電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

電能質(zhì)量描述的是供給負(fù)載的電能的質(zhì)量，它是一套影響電力系統(tǒng)正常功能的電氣性能的指標(biāo)。電能質(zhì)量差，電氣設(shè)備（或負(fù)載）就可能發(fā)生故障。電能質(zhì)量可以用若干指標(biāo)參數(shù)衡量，其內(nèi)容包括電壓波動(dòng)、電壓偏差、電力諧波、三相不平衡、暫時(shí)或瞬態(tài)過(guò)電壓以及供電連續(xù)性等。本文主要對(duì)分布式電源接入電網(wǎng)后，從電壓波動(dòng)、電壓偏差、電力諧波三個(gè)方面分析分布式電源接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響。

一、分布式電源接入與電網(wǎng)電壓波動(dòng)

電壓波動(dòng)的定義為電壓均方根值（有效值）的快速變動(dòng)。電壓波動(dòng)也稱為電壓快速變動(dòng)或電壓動(dòng)態(tài)變動(dòng)，在配電系統(tǒng)運(yùn)行中，電壓波動(dòng)現(xiàn)象有可能多次出現(xiàn)，變化過(guò)程可能是規(guī)則的、或者不規(guī)則的。電壓波動(dòng)一般用相對(duì)電壓變動(dòng)量來(lái)描述，電壓波動(dòng)值為一系列電壓均方根值變化中的相鄰兩個(gè)極值之差與標(biāo)稱電壓的相對(duì)百分?jǐn)?shù)，其大小值可以用下式計(jì)算得出。

（1）

式（1）中的大小作為電壓波動(dòng)的量度。國(guó)標(biāo)《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》（GB/T 12326-2008）規(guī)定35kV及以下電壓等級(jí)的允許電壓波動(dòng)范圍為：1.25%-4%。電網(wǎng)的電壓分布受電網(wǎng)潮流的影響，分布式電源輸出功率的波動(dòng)是引起電壓波動(dòng)的根本原因，分布式電源的接入使電網(wǎng)中的功率發(fā)生變化，從而引起母線節(jié)點(diǎn)電壓的變化[2]。

要想抑制分布式電源接入點(diǎn)的電壓波動(dòng)，可以考慮的思路有：優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增大系統(tǒng)短路容量；減少供電線路阻抗；采用儲(chǔ)能設(shè)備抑制有功功率波動(dòng)；應(yīng)用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置減少無(wú)功功率傳遞。

二、分布式電源接入與電網(wǎng)電壓偏差

電壓偏差一般用百分?jǐn)?shù)的形式表示，其定義是供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)額定電壓之差相對(duì)與系統(tǒng)額定電壓的比值，稱為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。計(jì)算公式如下。

（2）

其中為電壓偏差，為實(shí)際電壓值，為系統(tǒng)額定電壓值。

分布式電源接入配電網(wǎng)后，導(dǎo)致配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，也影響到電力系統(tǒng)的潮流，潮流的變化引起配電線路中有功功率、無(wú)功功率大小甚至方向的變化，進(jìn)而影響配電網(wǎng)中的電壓分布[3]。在實(shí)際情況下，分布式電源接入配電網(wǎng)的位置不同，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓分布產(chǎn)生不同的影響。

為抑制電壓偏差，可采取下列措施：調(diào)整電源電壓；改變輸電網(wǎng)絡(luò)的阻抗參數(shù)；調(diào)整變壓器變比；進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。

三、分布式電源接入電網(wǎng)的諧波

諧波是指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻（50Hz）相同的分量。在頻域分析中，將畸變的周期性電壓和電流分解成傅里葉級(jí)數(shù)。

（3）

（4）

式中為諧波次數(shù)，為基波的角頻率，、分別為第次諧波電壓和電流的均方根值，、分別為第次諧波電壓和電流的初相角，為諧波最高次數(shù)。

以電流為例，次諧波電流含有率用（Harmonic Ratio for）表示

（5）

式中，為第諧波電流有效值，為基波電流有效值。

諧波降低了系統(tǒng)的電能質(zhì)量，嚴(yán)重地威脅系統(tǒng)和用電設(shè)備的安全運(yùn)行。為了保證電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，就要對(duì)分布式電源產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制或消除，防止分布式電源注入電網(wǎng)的諧波超出標(biāo)準(zhǔn)[4]。抑制諧波的主要思路有兩種：一是對(duì)諧波源產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制，在諧波源附近就地吸收或抵消產(chǎn)生的諧波；二是考慮到分布式電源建設(shè)和并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的重要組成部分，可以對(duì)并網(wǎng)的分布式電源本身及其并網(wǎng)接口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其不產(chǎn)生諧波或產(chǎn)生的諧波在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)成果顯著，

特高壓直流輸電，柔性直流輸電技術(shù)都達(dá)到了世界先進(jìn)水平。傳統(tǒng)大電網(wǎng)的穩(wěn)定性不斷提高，抗風(fēng)險(xiǎn)能力顯著增強(qiáng)。但大電網(wǎng)快速發(fā)展所帶來(lái)的安全性問(wèn)題是不容忽視的，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出由集中供電模式向集中和分散相結(jié)合的供電模式方向發(fā)展的趨勢(shì)，必須合理調(diào)整供電結(jié)構(gòu)，將分布式供電和集中式供電有效地結(jié)合起來(lái)，建設(shè)更加安全穩(wěn)定的電力系統(tǒng)。分布式電源接入電網(wǎng)的問(wèn)題，涉及的方面有很多，既與分布式電源本身的原理和特性相關(guān)，又與分布式電源和電網(wǎng)間的相互作用有關(guān)，隨著分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和智能電網(wǎng)的建設(shè)，目前分布式電源接入電網(wǎng)遇到的若干問(wèn)題，也會(huì)在接下來(lái)技術(shù)的發(fā)展中逐步得到解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]易桂平，胡仁杰. 分布式電源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題研究綜述[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2015，31（1）：38-46.

[2]謝海波，武小梅，林翔，等. 含分布式電源的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化研究綜述[J]. 廣東電力，2017，30（2）：102-109.

[3]何昌奇，邵龍，高楊，等. 分布式電源并網(wǎng)后對(duì)電壓分布影響的研究[J]. 中國(guó)電力，2014，47（5）：88-91.

[4]陳玉璽. 分布式電源諧波對(duì)配電網(wǎng)的影響研究[D]. 北京交通大學(xué)，2016.

作者簡(jiǎn)介：

孫振（1990—），男，漢族，安徽潁上人，電氣工程專業(yè)在讀碩士，研究方向，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。

蔣天賜（1993—），男，漢族，安徽淮北人，本科，國(guó)網(wǎng)安徽電力公司臨泉供電公司