探討分布式新能源接入電網電能質量問題

張藝菲 王磊 鄭冬雨

摘要：本文從電能質量的角度出發，分析了光伏發電、風力發電接人電網對電能質量的影響，并探討了目前常用的電能質量改善措施。

關鍵詞：分布式新能源；接入；電網；電能質量；問題

1分布式電源并網對電能質量的影響

1.1電壓波動

分布式接入電源對電壓波動的影響主要有以下幾個方面：第一，分布式電源的關啟與自然條件，政策法規、電力市場以及用戶需求有關，分布式電源的不規律關啟很容易導致功率輸出的波動，從面影響配電網的電壓波動。第二，分布式電源輸出功率的變化也會造成電壓波動。在電力系統中熱電聯產機組供電需求變化都會影響到輸出功率的變化。第三，由于分布式電源的接入，增加了電力系統短路容量，從而增加了系統電壓，一定程度上削弱了區域內配電網的電壓波動。

1.2電網頻率波動

電網在通常條件下運行，很少發生頻率特殊波動的現象，在新能源光伏發電中，在電站容量很小情況下，多個機組進行投切動作時不會導致電網出現頻率超限狀態。如果讓新能源發電容量在電網電力中。所占比重增大到一定程度時，再加上發電機組發出功率具一定的隨意性，因此很容易出現電網額率波動，造成電力用戶系統的故障甚至對一些企業和個人產生較大的損害。

1.3諧波和間諧波

1.3.1光伏發電中的諧波與間諧波

逆變器是光伏發電并網的核心部件，其開關器件的頻紫動作容易產生開關額率附近的諧波分量，引起電網的諧波污染。光伏發電輸出電流和輸出功率的波動經開關麗數調制后會使得交流側產生特征諧波非特征諧波和間諧波，變流器的死區效應還可能加重諧波污染。此外，光伏發電中的最大功率點跟蹤是為了使光伏發電系統在不同的光照和濕度條件下輸出最大功率，但在最大功率跟蹤的同時又使得直流側出現電壓波動，從而導致電網側產生諧波和間諧波。

1.3.2風力發電中的諧波與間諧波

一是風力發電有關裝置自身引起的諧波，另一個是在進行線路電抗和安裝補償電容器并聯時，產生諧波現象。對于直接和電網相連的恒速風機，由于沒有電力電子裝置的參與，機組在連續運行的過程中幾乎不產生諧波。當機組投入運行時，軟并網設備處于工作狀態，此時將有諧波電流產生，不過因投入操作過程較短，注入的諧波忽略不計，面對于變速風機則不同，因為變速風機通過變流器裝置并入電網，如果裝置的切換頻率剛好在諧波產生的范圍內，那么就會導致嚴重的諧波問題。由于風機輸出功率的波動，經過整流和逆變的變換后，直流例將出現非整數倍基波頻率的紋波，經過開關雨數調制后，在電網側將產生間諧波。

2電能質量改善方法和微電網技術

2.1改善電能質量的方法

目前，改善和提高電能質量最常用的方法是加裝快速響應的動態無功補償裝置，如靜止無功補償器（SVC）、有源濾波器（APF）以及電能質量統-控制器（UPFC）等。在中低壓配電網中，電壓的波動和電能符合變化與短路電容相關。在短路容量一定的情況下，無功補償是抑制電壓波動最有效的方法，這種方法對風電場作用明顯，將柔性交流設備運用在風電網，解決電網運行過程中存在的無功補償以及電壓穩定問題，能夠提高風電場的運行效率。比如：將SVcUPFC以及靜止同步補償器運用在風力發電站中，對電力系統中的無功過剩，電網系統短路故障、風電場風速驟變等有極大的改善。其次，安裝超導儲能裝置也是解決分布式電源接入的電能質量問題的方法。超導儲能裝置是一種基于CTO的雙橋結構換流裝置，響應速度快轉換率高，能夠獨立調節有功功率和無功功率，給電力系統提供功率補償。而且這種超導儲能裝置對接入點的電壓比較小，補功效果更加明顯。此外，公共連接短路容量比和線路X/R能有效抑制風電機組引起的電壓波動和閃變現象的發生。當XR值對應的線路阻抗角在60°～70°之間，并入網風電機組的電壓波動和閃變值最小，目前常用的辦法就是加裝有源健波器或者級聯多電平變流器解決電力系統的電力電子開關器件產生的諧波問題。

2.2微電網技術的應用

為協調大電網與多種分布式能源之間的矛盾，減小并網對主網的沖擊，進一步提高電力系統運行的靈活性和可靠性，采用微電網是一個有效途徑。微電網是由負荷和微型電源共同組成的系統，可同時提供電能和熱量。微電網將負荷發電機、各種分布式電源和電力電子控制裝置結合起來，依靠微電網內部的DG控制器、能量管理器和保護協調器等實現良好的控制和管理，通過公其購合點（Pointof，Common，Coupling，PCC）與外界大電網進行能量交換。微電網有效地解決了多種分布式電源混合并網的問題。微電網中一般都含有儲能裝置，增加系統慣量，提高電源對負荷階躍變化的響應速度，減小額率和電壓波動。

3智能微電網框架下的電能質量分析

3.1協調控制技術

電力系統的電能是瞬間平衡的，智能澈電網同樣如此，多個微電源之間如何進行協調控制，保持電網的穩定性和可靠性，減小微電網對主電網的影響。Agent系統具有響虛力、自愈性和自發性，MAS系統具有靈活分區，無功補償裝置定值自動修改等作用，能夠有效地解決微電網這一難題。

3.2分布式儲能技術

智能微電網不僅能在風險環境下自愈，還應能向用戶提供優質的電能。分布式發電和儲能系統組成的微網接入主網時，當地負荷能同時從主網和本地微電源獲取功宰，并能排除電網擾動，保證電能質量。具有儲能和補償能力的電能質量調整器兼有動態電壓調節器和配電網靜止同步補償器的功能，對配網瞬間欠電壓或過電壓進行補償，抑制電網諧波。

3.3直流微電網

與交流微電網相比，直流微電網需要使用專用的直流輸電線路各個直流微電網比較容易協調控制，只要在為微電網與主電網之間設置一個逆變器，就能減少無功功率帶來的電力損耗，裝置能夠對直流微電網的電源和電力負荷進行補償。

4結語

分布式發電作為一種具有競爭力的發電方式，在現代電力系統中占有的比重越來越大。隨著分布式電源水平的不斷提高、設備性能的不斷改進，分布式電源不僅可作為傳統供電模式的一種重要補充，還將在能源綜合利用上占有十分重要的地位。

參考文獻：

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

[2]方新凱.分布式新能源接入配電網的繼電保護研究[J].科學技術創新，2015（33）.

（作者單位：國網盤錦供電公司）