分布式電源對(duì)配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響

張世豪

摘 要：隨著用戶對(duì)供電質(zhì)量和安全性的要求越來(lái)越高，分布式電源對(duì)配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響越來(lái)越受到人們的重視。介紹了電壓偏差、電壓波動(dòng)、電壓閃變、電壓暫降四種配電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)，研究了分布式電源對(duì)電壓質(zhì)量的影響，總結(jié)了分布式電源引起配網(wǎng)供電電壓波動(dòng)的主要原因，提出了改善電壓質(zhì)量的措施。

關(guān)鍵詞：相對(duì)電壓變化率；無(wú)功補(bǔ)償；動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；電網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.138

分布式電源與主網(wǎng)結(jié)合發(fā)電能節(jié)省投資、降低能耗，被認(rèn)為是電網(wǎng)發(fā)展的主要方向之一。但分布式電源發(fā)電功率具有較大的隨機(jī)波動(dòng)性，對(duì)配網(wǎng)供電電能質(zhì)量造成了一定的影響。因此，研究分布式電源并網(wǎng)對(duì)供電電壓質(zhì)量的影響具有重要的意義。本文分析了配電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)以及分布式電源對(duì)電壓質(zhì)量的作用機(jī)理，提出了改善電壓質(zhì)量的治理措施，為分布式電源并入電網(wǎng)提供了理論支撐。

1 配電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)

1.1 電壓偏差

電壓偏差是指配網(wǎng)某處的實(shí)際電壓與額定電壓的差值。當(dāng)電網(wǎng)中的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，配網(wǎng)中將出現(xiàn)電壓偏差，其表達(dá)式如下：

式（1）中：U為實(shí)際電壓；UN為額定電壓。

配網(wǎng)三相供電電壓偏差一般在±7%范圍內(nèi)。

1.2 電壓波動(dòng)

電壓波動(dòng)是指配網(wǎng)電壓有效值發(fā)生的變動(dòng)或改變，通常在電網(wǎng)有波動(dòng)負(fù)荷時(shí)電壓會(huì)發(fā)生波動(dòng)。其計(jì)算方法一般為有效值相鄰最大值、最小值之差與額定電壓的比值，表達(dá)式如下：

式（2）中：Umax為電壓有效值的最大值；Umin為電壓有效值的最小值。

35 kV及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)對(duì)電壓波動(dòng)的允許值在1.25%～4%的范圍內(nèi)波動(dòng)。

1.3 電壓閃變

電壓閃變是指當(dāng)電壓閃變到一定程度時(shí)，人感受到燈光亮度的變化。電壓閃變實(shí)際上是低頻的非整數(shù)次的電壓波動(dòng)所造成的，會(huì)使用戶的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不規(guī)律變化，對(duì)電機(jī)有一定的損害；造成照明燈泡閃爍，導(dǎo)致人的視覺(jué)感受變差；對(duì)于電壓穩(wěn)定性要求較高的工業(yè)，出現(xiàn)電壓閃變會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。

1.4 電壓暫降

電壓暫降是指電壓有效值在短時(shí)間內(nèi)快速下降，并持續(xù)0.5～30個(gè)工頻周波的時(shí)間。

2 分布式電源對(duì)電壓質(zhì)量的影響

基于分布式電源具有的特性，其發(fā)電不穩(wěn)定，在環(huán)境變化時(shí)可能會(huì)改變起停狀態(tài)。分布式電源接入配網(wǎng)后，會(huì)對(duì)上述電壓指標(biāo)造成多種影響。在分布式電源發(fā)生發(fā)電波動(dòng)、接入主網(wǎng)、與主網(wǎng)斷開(kāi)等情況時(shí)，必將對(duì)配網(wǎng)造成一定的干擾，配電網(wǎng)的供電電壓質(zhì)量會(huì)下降。同時(shí)，分布式電源的接入也會(huì)增加配網(wǎng)的短路容量，增大電壓強(qiáng)度，進(jìn)而對(duì)控制區(qū)域配網(wǎng)電壓波動(dòng)造成影響。

2.1 相對(duì)電壓變化率

電網(wǎng)中的電壓分布與潮流有關(guān)。當(dāng)注入功率和負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)電壓質(zhì)量下降的情況。分布式電源影響電壓質(zhì)量的主要原因?yàn)槠浒l(fā)電功率的波動(dòng)。分布式電源的發(fā)電功率發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致線路電流發(fā)生變化，相對(duì)電壓變化率的計(jì)算公式如下：

式（3）中：△Sn為分布式電源注入功率的變化量；φ為分布式電源接入點(diǎn)的電網(wǎng)阻抗角；θ為分布式電源的功率因數(shù)角；SK為分布式電源接入點(diǎn)的短路容量。

由此可見(jiàn)，分布式電源對(duì)供電電壓的影響因素主要包括3個(gè)：①分布式電源注入功率的變化量△Sn；②分布式電源的功率因數(shù)；③分布式電源接入點(diǎn)的短路容量SK.

2.2 抑制電壓波動(dòng)

電力系統(tǒng)的短路容量越大，則電網(wǎng)越強(qiáng)。接入分布式電源后，配網(wǎng)系統(tǒng)的短路容量發(fā)生了改變，在出現(xiàn)沖擊性負(fù)荷投切或故障時(shí)，與常規(guī)配網(wǎng)相比，其電壓變化程度將會(huì)被抑制或削弱。

3 電壓質(zhì)量的治理措施

接入分布式電源后，其注入功率的變化會(huì)導(dǎo)致配網(wǎng)電壓質(zhì)量的下降。以異步風(fēng)機(jī)為例，其并入配網(wǎng)后，吸收無(wú)功功率的過(guò)程加大了電網(wǎng)的擾動(dòng)和增大了電壓變化率。針對(duì)分布式電源引起的電壓質(zhì)量下降的情況，本文提出了以下解決措施：①對(duì)于異步風(fēng)機(jī)，由于其不產(chǎn)生無(wú)功功率，因此，對(duì)其進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償可有效改善配網(wǎng)電壓的質(zhì)量；②分布式電源有功功率的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致配網(wǎng)波動(dòng)，而使用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償和瞬時(shí)的有功功率補(bǔ)償能補(bǔ)償電壓跌落或抵消電壓浪涌；③運(yùn)用多種儲(chǔ)能手段，包括蓄電池、超級(jí)電容器、飛輪等形式，穩(wěn)定分布式電源的發(fā)電量可對(duì)穩(wěn)定電壓有積極作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了4種配電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)，討論了分布式電源對(duì)電壓質(zhì)量的作用機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，分布式電源對(duì)供電電壓質(zhì)量的沖擊與分布式電源注入功率的變化量、分布式電源的功率因數(shù)、分布式電源接入點(diǎn)的短路容量等相關(guān)，接入分布提升電源的剛性率，即在出現(xiàn)沖擊性負(fù)荷投切或故障時(shí)，可抑制或削弱電壓波動(dòng)。此外，還提出了進(jìn)而無(wú)功補(bǔ)償、使用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、運(yùn)用多種儲(chǔ)能手段等建議，以期為提升配網(wǎng)電壓質(zhì)量貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1]裴瑋，盛鹍，孔力，等.分布式電源對(duì)配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響與改善[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（13）.

[2]張喆，李庚銀，魏軍強(qiáng)，等.考慮分布式電源隨機(jī)特性的配電網(wǎng)電壓質(zhì)量概率評(píng)估[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（33）.

[3]趙珊珊，盛萬(wàn)興，孟曉麗，等.分析電壓質(zhì)量對(duì)分布式電源滲透率影響的多分辨率模型與方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015（06）.

[4]陳秋南，韋鋼，吳萬(wàn)祿，等.分布式電源分布特性對(duì)微電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響[J].現(xiàn)代電力，2013，30（06）.

[5]陳琪瑯，彭杰，蘇逸凱，等.季節(jié)性分布式電源對(duì)10 kV配電網(wǎng)電壓質(zhì)量影響[J].電源技術(shù)，2015，39（10）.

〔編輯：張思楠〕