分布式電源接入的微網(wǎng)電能質(zhì)量研究

張明錢

（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160）

微電網(wǎng)（Micro－Grid）也稱微網(wǎng)，是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一組微電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元。微網(wǎng)技術(shù)的主要目的是充分發(fā)揮配電系統(tǒng)中分布式電源的輔助作用，有效降低大規(guī)模分布式電源應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)的不利影響［1］。微網(wǎng)技術(shù)將多個(gè)分布式電源獨(dú)立地分為一些單獨(dú)的系統(tǒng)，保證電子設(shè)備運(yùn)行有著一定的靈活性。

1 分布式電源接入微網(wǎng)的模式

微網(wǎng)中的分布式發(fā)電形式多樣，在分布式發(fā)電利用效率顯著提高的過程中更加注重分布式電源的微網(wǎng)接入，并將單獨(dú)分布式電源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)繼承。

長(zhǎng)期以來，關(guān)于能源結(jié)構(gòu)的不合理始終是環(huán)境和社會(huì)面臨的主要問題之一。而分布式電源接入微網(wǎng)過程中同樣也存在一定的電網(wǎng)模式。不同的接入模式對(duì)于分布式電源的接入容量同樣也存在一定的影響。

對(duì)于低壓分散接入模式而言，主要是基于用戶的一種接入模式，通過將較小容量的分布式電源接入，并在電網(wǎng)變壓器低壓側(cè)接入。而中壓分散接入模式主要是中等容量的分布式電源在中壓配電線路支線接入的方式。對(duì)于專線接入模式而言，主要是分布式電源存在較大容量時(shí)，在高壓變電站的母線中采取專線的形式接入。分布式電源接入的過程中，往往有著一定的逆功率限制，在對(duì)不同的逆潮流限制滿足的同時(shí)，就要保證分布式電源的最大值不大于饋線負(fù)荷的谷值［2］。

2 分布式電源接入對(duì)微網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響

分布式電源接入過程中，10 kV的配電線路典型的配網(wǎng)線路模型如圖1所示。這一配電網(wǎng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，線路電壓的等級(jí)值為10 kV，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有14個(gè)，對(duì)于0號(hào)節(jié)點(diǎn)主要是表示變壓器低壓側(cè)的母線。該線路的參數(shù)選擇中，主要是對(duì)YJY22－3×300電纜加以采用，長(zhǎng)度是2 km。

圖1 典型的配網(wǎng)線路模型

分布式電源接入的過程中，微網(wǎng)電壓同樣也受到一定的影響，在分布式電源接入微網(wǎng)的潮流計(jì)算實(shí)現(xiàn)的過程中，可以依據(jù)于分布式電源的實(shí)際運(yùn)行控制方式，并將分布式電源劃分為各個(gè)節(jié)點(diǎn)。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，一旦同步電機(jī)在電網(wǎng)的分布式電源接入時(shí)，做好功率因數(shù)的合理控制，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為PI的節(jié)點(diǎn)，對(duì)于中壓分散接入模式而言，在線路末端中對(duì)電壓降落進(jìn)行計(jì)算中，可以得出配電線路對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的提升位置計(jì)算，以至于電壓在某種程度上對(duì)于分布式電源的接入沒有構(gòu)成一定的影響。專線接入的過程中，在接入點(diǎn)的影響下，通過借助于逆功率限制的實(shí)際結(jié)果，一旦變壓器負(fù)荷處于低谷的過程中，可以將專線的接入這一影響加以忽略。

分布式電源接入電網(wǎng)短路計(jì)算分析中，主要是依據(jù)于并網(wǎng)的不同接口，采取同步電機(jī)并網(wǎng)和異步電機(jī)并網(wǎng)兩種方式［3］。在對(duì)專線接入模式和分散接入模式是的最大短路電流進(jìn)行分析時(shí)，如表1所示，中壓分散接入過程中，分布式電源的最大短路電流為0.545 kA，明顯小于中壓短路電流的限值。在專線接入的過程中，分布式電源在某種程度上可以提供較大的短路電流，高達(dá)3 kA以上。

表1 分布式電源提供的短路電流

分布式電源接入的過程中，不同的接入模式對(duì)容量有一定的要求。而采取低壓接入模式的過程中，要保證中容量不超過壓配電變壓器的最大負(fù)荷的40%。中壓分散接入模式選擇的過程中，也要保證容量不大于中壓饋線最大負(fù)荷的40%。而專線接入模式選擇的過程中，要保證容量不大于主變壓器最大負(fù)荷的25%。

3 分布式電源接入對(duì)微網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

分布式電源接入對(duì)微網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，可以從可靠性以及運(yùn)行過程方面考慮。

3.1 分布式電源接入對(duì)微網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

在諧波和電壓波動(dòng)的過程中，逆變器接口形式的分布式電源，在電子電力設(shè)備動(dòng)作下不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的諧波，而分布式電源一旦和系統(tǒng)母線接近時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較小的影響，對(duì)于系統(tǒng)的諧波分布、電壓波動(dòng)等也有著相對(duì)較小的影響。這種分布式電源接入，對(duì)電壓以及微電網(wǎng)運(yùn)行有著一定的保護(hù)作用［4］。

一般而言，微網(wǎng)電能質(zhì)量不可避免的也存在一定的問題，電壓的波動(dòng)和閃變難以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于配電網(wǎng)中的諧波而言，非線性負(fù)荷是其主要的影響因素，微網(wǎng)有著相對(duì)復(fù)雜的諧波環(huán)境，在微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的過程中，微網(wǎng)中的電流諧波逐漸放大。三相電壓的不平衡同樣也是配電網(wǎng)中的一種重要電能問題，受頻率波動(dòng)的影響，難以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于微網(wǎng)電能質(zhì)量的改善而言，就要對(duì)微網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置合理安裝，將電能質(zhì)量有效加以改善。

3.2 分布式電源接入對(duì)微網(wǎng)電能質(zhì)量的改善

分布式電源接入對(duì)微網(wǎng)電能質(zhì)量改善的過程中，要合理的運(yùn)用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的相關(guān)運(yùn)算，合理地選擇結(jié)構(gòu)元素，通過對(duì)形態(tài)濾波器進(jìn)行構(gòu)建，結(jié)合補(bǔ)償裝置的基本原理，對(duì)SAPF模型進(jìn)行構(gòu)建，將動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度全面提高。改進(jìn)后的SAPF指令電流運(yùn)算電路如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的SAPF指令電流運(yùn)算電路

改進(jìn)后的SAPF模型仿真過程中，SAPF的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 SAPF的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

負(fù)載電流波形有著相對(duì)嚴(yán)重的畸變，在實(shí)際的仿真過程中，基于分布式電源接入對(duì)于微網(wǎng)電能質(zhì)量有著一定的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)其裝置也有一定的實(shí)時(shí)性。分布式電源接入過程中，一般而言，對(duì)于微網(wǎng)電壓的影響相對(duì)較小，但是對(duì)于逆變器接口的分布式電源而言，一旦采取同步機(jī)接口的分布式電源，在某種程度上對(duì)于功率調(diào)制信號(hào)的響應(yīng)上，微網(wǎng)有著相對(duì)較弱的能力。基于分布式電源接入微網(wǎng)對(duì)微網(wǎng)的運(yùn)行有一定的基礎(chǔ)保護(hù)作用，通過將配電線路的短路電流增加并對(duì)保護(hù)的整定值有著較小的影響，所以微網(wǎng)電能質(zhì)量相對(duì)來說，有著一定的可靠性［5］。

故障定位的過程中，分布式電源未接入時(shí)，主要是借助于兩個(gè)相鄰遙控點(diǎn)的電流大小對(duì)故障點(diǎn)加以判斷。微網(wǎng)線路中分布式電源接入時(shí)，將會(huì)使線路中的一些區(qū)域逐漸地成為一種雙端電源進(jìn)行供電，故障的檢測(cè)方法更要依據(jù)兩個(gè)相鄰遙測(cè)點(diǎn)的電流方向?qū)收宵c(diǎn)的位置進(jìn)行判斷。

總而言之，分布式電源接入微網(wǎng)中，其系統(tǒng)的硬件組成部分以及相關(guān)的功能在并網(wǎng)電壓等級(jí)的變化中，不可避免的存在一定的差異。分布式電源接入微網(wǎng)的電能質(zhì)量分析中，通過合理的檢測(cè)微網(wǎng)系統(tǒng)以及主電網(wǎng)系統(tǒng)中的電流電壓，借助于相關(guān)的偏移，將并網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于低頻以及低壓有著一定的繼電保護(hù)功能。而分布式電源接入的過程中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

分布式電源接入作為一種靈活的方式，不僅有著較低的投資成本，同時(shí)在微網(wǎng)接入中可以將其輔助性的功能顯著實(shí)現(xiàn)，并將微網(wǎng)供電的可靠性全面提高，實(shí)現(xiàn)對(duì)微網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

［1］ 汪少勇.基于分布式電源的微網(wǎng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31（4）：120－123.

［2］ 朱克平.適應(yīng)于分布式電源接入的直流微網(wǎng)研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2013.

［3］ 李海軍，王少奎，劉 超，等.微網(wǎng)系統(tǒng)中分布式電源接入對(duì)電壓的影響分析［J］.電氣開關(guān)，2014，52（1）：25－30.