微電網中的電能質量問題淺析及改進

袁浩 周平

摘 要：本文簡單介紹了微電網的定義特性及其電能質量問題，分析歸納微電網電能質量問題的種類特點及產生原因，并對微電網并網后的電能質量改善提出了建議。

關鍵詞：微電網;電能質量;改進方法

一、引言

當前，高速發展的電力系統進入了智能電網時代，為了確保電網的安全穩定，負荷中心必須擁有一定比例的供電電源，形成電能就地平衡的運行模式。在這樣的需求之下，集中了電源、負荷及調節控制為一體的微電網應運而生。微電網運行控制的核心是“自治獨立、協調互助”。本文在介紹微電網基本特點的基礎上著重分析微電網的電能質量問題。

二、微電網

微電網（Micro-Grid）也譯為微網，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等組成的小型發配電系統。微電網的提出旨在實現分布式電源的靈活、高效應用，解決數量龐大、形式多樣的分布式電源并網問題。開發和延伸微電網能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規模接入，實現對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實現主動式配電網的一種有效方式，使傳統電網向智能電網過渡。同時微電網也是大電網的有力補充，是智能電網領域的重要組成部分，在工商業區域、城市片區及偏遠地區有廣泛的應用前景。隨著微電網關鍵技術研發進度加快，預計微電網將進入快速發展階段。

三、微電網中的電能質量問題

結合微電網的定義以及目前典型的微電網架構可以看出，微電網內包含大量微電源，微電網的電壓等級一般較低，且內部電源與負荷種類繁多，因此其網內的功率因數、諧波含有率、三相電壓不平衡度等電能質量指標可能會不滿足要求。

第一，隨著微電網研究的深入和應用范圍的擴大，微電網中微電源的種類越來越多，數量也越來越大，微電網中出現許多由于微電源自身特殊性質而引發的電能質量問題。如PV光伏發電裝置會引起電壓波動和諧波污染;感應電動機形式的風力發電機并網和解網時伴隨的沖擊電流會帶來電壓跌落問題，風速變化造成有功輸出的波動，可能引發電壓閃變;燃料電池式的微電源可能導致的電能質量問題則包括諧波污染和偏低的功率因數;同步機式的微電源可能帶來頻率波動問題和電壓閃變問題，還有可能惡化接地故障引發電壓跌落的危害程度和范圍。

第二，分布式發電系統的原動機部分往往存在間歇性，由此造成的頻繁啟停和功率波動會在配電網中造成明顯的電壓波動。而且分布式發電裝置的功率一般較小，在配電網中電壓變化時，敏感的分布式電源可能進一步惡化電壓問題。

第三，分布式發電裝置中廣泛采用變流器作為接入電網的設備"，變流器并網依賴復雜的開關動作可能導致配電網中的諧波污染。如果變流器與電源的原動機特性協調不當還可能成為電網中明顯的諧波源和電壓擾動源。

第四，分布式發電系統常常是單相的，接入配電網后雖然可以發揮補償負載三相不平衡的作用，但若協調不當，反而會惡化原有的三相不平衡問題。而且分布式發電系統因為可以靈活控制其自身的功率輸出，因而被認為能夠協助解決配電網中的電壓波動、閃變、暫降、諧波畸變問題，但是同樣也可能惡化這些問題。

總的來說，微電網環境下電能質量問題可以按照頻率的不同分為工頻電能質量問題和諧波問題兩大類。前者包括三相不平衡、電壓波動、閃變、電壓暫降，后者則主要為電壓和電流的諧波畸變。工頻電能質量問題主要是因為微電網及所在配電網中出現功率不平衡而產生，微電網環境下有功功率不平衡表現的更為突出。

四、電能質量改善措施

在通常情況下，諧波和電壓波動及閃變為微電網的主要電能質量問題，故微電網的電能質量優化控制可以從下面兩個方面著手。

4.1諧波抑制

諧波來源主要有兩個：一是在微電網中由于有大量電力電子器件應用于分布式電源，所以不可避免地會給系統帶來大量的諧波，這是微電網產生的諧波;二是并網后從電網向微電網滲透的大量諧波。所以抑制和消除諧波基本上有兩個途徑：（1）從改變非線性負荷本身性能考慮，減少它們注入系統的諧波電流，這主要針對諧波源為電力電子器件等;（2）裝設無源或有源諾波補償裝置來補償諧波，這對各種諧波源均是有效的。

4.2電壓波動及閃變的補償

在配電網中負荷引起的電壓波動與負荷的無功功率波動成正比，與電網的短路容量成反比。微網并網運行時，它的短路容量較大，微網中的電壓波動可以被限制在很小的范圍內，但當微網獨立運行時，它的短路容量很小，電壓波動可能變得比較嚴重。

建議從以下五個方面著手來提高電能質量：（1）采用獨立回路供電。采用獨立回路供電后產生波動和閃變的影響范圍比較小，限制了其對其它負荷的影響;將分布式電源接人到有更大短路容量的母線上，可以大大降低其產生的電壓波動和閃變。（2）降低共用配電線路阻抗。其本質也是通過增加短路容量的辦法。（3）提高供電電壓。電壓損失的百分比與電網額定電壓的平方成反比。因此，可以通過提高供電電壓來降低波動和閃變。在同樣功率波動下，采用1.05V供電產生的電壓閃變是采用0.95V供電電壓時的0.82倍左右。（4）采用靜止型無功功率補償裝置。（5）做好分布式電源和儲能裝置的配合。儲能裝置在一定程度上能夠有效地穩定系統，起到過渡作用并降低波動的幅度和頻率，從而降低閃變。

五、結束語

微電網的特殊結構和運行特點，使得微電網較傳統電網有了更多新的電能質量問題。傳統電網中的電能質量控制器由于可以復用微電網中微電源的電力電子轉換器，從而節約微電網的建設投資成本，因此在微電網中有較大的應用潛力，可將部分傳統電網中的研究成果移植至微電網中。優化分布式電源的接入變流器及其控制策略，可以提高分布式電源的輸出電能質量，減輕分布式電源對微電網電能質量的影響。

參考文獻：

[1]、李略偉，事水照，孫景釘，金強，李旭光.基于逆變型分布式電源控制策略的微電網電能質量控制方法[J]. 電網技術，2010.

[2]、微電網電能質量特點及有源濾波補償方式方式研究綜述[J].湖南電力，2009.

作者簡介：

袁浩（1998-），男，江蘇南通人，江蘇大學本科在讀，研究方向：電力工程及其自動化。