分布式電源參與的配電網電能質量控制策略分析

鄧世聰，康文韜，史帥彬，劉鵬飛，張 偉

（1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518048；2.天地電研（北京）科技有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

隨著我國經濟的發展，人們對能源的需求逐步提高，電力系統的覆蓋面越來越寬廣，能源耗費越演越烈，尤其是電能的消耗。針對這種情況，可以將分布式電源應用到配電網電能質量控制過程中，一方面能夠減少生態環境的污染；另一方面也可以減少不可再生資源的耗費。

1 分布式電源主要形式概述

分布式電源應經過并網逆變器才能參與到配電網中；但是，分布式電源具備波動性和隨機性等特征[1]。因此，無法全面利用其裝置。對于光伏發電而言，在太陽光照十分充足的白天，可以保證逆變器的使用質量和效率；在夜晚應該把電力裝置和電網切離，一方面可以提高逆變器的實際使用效率；另一方面能夠確保配電網的正常運轉。因此，有必要了解分布式電源的主要形式：太陽能發電和風力發電。

1.1 太陽能發電

太陽能包含太陽熱和太陽光，太陽光發電主要是把太陽能直接轉變成電能，太陽熱發電主要是把光照轉變成熱能，再把熱能轉換成電能。

第一，對于獨自運轉形態下的太陽能系統而言，太陽能可以獨自運轉，并且不用和發電裝置連接。這種發電方式適用于農村，還可以廣泛應用在通信等方面[2]。第二，并網運轉形態下的太陽能系統是把光伏經過電力裝置接入到配電網中，是配電網的一種補充資源，不需要使用蓄電池，只需將分布式電源和配電網進行連接，將直流電能變成交流電能。這種方式主要是以各戶為單位。第三，對于分散型太陽能系統，要想滿足人們的用電需求，需要安裝較小的發電系統為人們提供電能。這樣的系統容量不大，需要在太陽光照射下運轉，進而把太陽轉換為電能，利用配電網調節使用情況。

1.2 風力發電

風能屬于可再生資源，風能分布在世界各個地方，總量龐大。現階段，隨著風力發電的快速發展，風能成為了世界上發展最快的資源。

第一，離網風力系統最具代表性的特點是使用蓄電池存儲風力電能，保障供電的可靠性和及時性。一般情況下，此系統使用在較偏遠的地區。第二，并網風力系統將吸收的風能變為電能后，無法直接向配電網供應，需要經過大部分電子設備加強連接，把電能轉變成與配電網實際需求相符的電能，才能夠保證配電網的正常使用。這種系統應建立在風能更多的位置，使用臺風機構建立一個較大的配電網供電，是當前應用最為寬廣的風力發電方式。第三，多分散型系統最具代表性的特點是不只是單獨供電，也可以和光伏等合作，進而向配電網提供更多電能，更加適用海上導航等。

2 分布式電源對配電網電能質量產生的影響

隨著經濟的快速發展，人們的生活水平得到了提高，人們對電能質量方面的要求也越來越高。因此，要將分布式電源廣泛應用在配電網中，有效保證配電網的電能質量，滿足人們的實際電能需求，進而保證人們的正常生產和生活，促進我國電力事業的健康可持續發展。

2.1 分布式電源對穩態電能質量的影響

現階段，常用的分布式電源非常多。在接入到配電網后，不是正常意義上的單向供電，是負載和分布式電源共同存在，能量應是雙向或者多向流動的。分布式電源的實際運轉特征一方面被外界因素所影響，另一方面和發電機的實際結構息息相關。當前，電力系統得到了多方面的支持，對配電網的電能質量產生了重要影響。

在光伏經過逆變器的實際并網運轉過程中，要想獲得頻率相同的電壓，系統中應增添更多的電力設備以滿足系統要求。如果其頻率處在諧波范圍中，此系統會出現諧波方面的污染。

在風力機經過逆變器和整流器進行共同運轉時，因為電力器件的增添，不能忽視出現的諧波電流。電機的變流器長時間處于工作狀態，如果設計出更好的濾波器，可以降低諧波問題，甚至忽略其產生的影響。如果器件頻率長期處在諧波范圍中，會出現十分嚴重的諧波問題，甚至是對系統的正常運轉產生很大程度的影響。通常情況下，諧波頻率由濾波裝置所決定。隨著科學技術的快速發展，電力器件逐步被改進，和傳統變流器相比，使用先進設計手段的變流器出現諧波問題較少。雖然變流器也會形成相應的高諧波，但是其頻率高，易濾除。

2.2 分布式電源對暫態電能質量的影響

當電力系統中進入分布式電源后，因為無法形成和電力系統相符的電壓，所以在將分布式電源接入配電網中時，應使用某些器件實現整流，讓其和配電網實際需求相符。但是，這樣的器件會對電力系統電能質量產生不良影響，配電網、分布式電源的停止和啟動都會被外界因素影響，進而造成電力系統發生暫態電能質量問題。

3 分布式電源參與的配電網電能質量控制策略

隨著工業的快速發展，在配電網中接入了許多負荷，使得配電網的實際電能質量逐步降低，進而降低了供電設備的可靠性和安全性，同時降低了電能的利用成效，增加了電力設備與配電網的耗損，出現能源浪費現象。針對這種情況，分布式電能被廣泛應用到了配電網中。但是，因為其具備波動性和隨意性的特征，引發了電能質量方面的問題。因此，需要采取相應的控制策略，保證配電網的電能質量和配電網系統的正常運轉。

3.1 保障配電網的無功電源充足

足夠的無功電源一方面可以保證電壓的穩態性，另一方面削弱了各種負荷對配電網電能質量產生的影響。如若沒有足夠的無功電源[3]，大部分電能質量控制設備和科學技術會由于電壓降低無法實現相應的性能，某些設備在調整低電壓時會出現無功缺額現象。所以，應該根據無功功率實際情況合理配置電源，這也是保障電能質量的基礎條件，尤其是在較大功率的負荷方面。

3.2 合理配置電能質量檢測點，應用現代化控制設備

有效控制電能質量的方法很多。例如，調整變壓器的各個接頭，可以保證電壓的可靠性和穩定性，進而全面保障電壓質量。這種方式雖然可以獨立調節，但是其調節成果會受到彼此之間的影響。所以，在滿足無功供給的前提下，要全面、合理地協調電能裝置，保證電力系統的正常運轉，建立完善的電能質量監測控制系統。在分級控制過程中，可以將數據信息限制在較小的范圍內，讓上級對下級展開協調作業，這是人們認同的控制手段。而分布式控制辦法依然沒有形成統一的方案。

3.3 滿足用戶電能質量需求的電力技術

用戶電力技術主要是有效整合功率技術和配電技術，將用戶對電能質量的實際要求作為重要根據，為用戶配置合理有效的電能。電力企業能夠使用用戶電力技術和新型設備，在電力系統中獲得用戶所需要使用的電能。一方面能夠制約電力系統中發生的短路問題，另一方面保證用戶電能使用的可靠性和穩定性，調整其電壓等。配電網控制技術能夠在滿足用戶電能質量的基礎上，解決電力系統中存有的暫態現象，是電能質量有效控制階段。

4 結 論

隨著世界經濟的快速發展，人們的電能需求在不斷提高，出現了能源大量消耗的現象。在這樣的情況下，分布式電源得以快速崛起，一方面可以減少生態環境污染問題，另一方面也可以減少不可再生資源的消耗。分布式電源參與到配電網電能質量控制過程中產生了很大影響，因此要采取相應的策略，滿足人們的電能質量需求，推動配電網中分布式電源的健康可持續發展。