分布式電源接入對(duì)電能質(zhì)量的影響研究

劉子鈺 鄒婷 張?chǎng)稳?賈析睿

摘要：隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量是合格用電的保證，所以保證電能質(zhì)量水平尤其重要。分布式電源的并網(wǎng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量造成很多影響，其中有好的影響，同時(shí)也有不好的影響。從利來(lái)說(shuō)，要加強(qiáng)分布式電源的并網(wǎng)投入;從弊來(lái)講，要分析弊端所在以此對(duì)問題進(jìn)行改善。本文對(duì)分布式發(fā)電接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析與研究。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電? ?電能質(zhì)量? 新能源? 研究

Abstract： With the continuous improvement of power grid structure， the demand for power quality is becoming higher and higher. Superior quality power quality is the guarantee of qualified power consumption， so it is particularly important to ensure the level of power quality. The grid connection of distributed generation will have a lot of impact on the power quality of the system， both good and bad. In terms of profit， we should strengthen the grid connection investment of distributed generation; In terms of disadvantages， we should analyze the disadvantages in order to improve the problems. This paper analyzes and studies the impact of distributed generation connected to power grid on power quality.

Key Words： Distributed generation; Power quality; New energy; Research

1.分布式發(fā)電技術(shù)的研究背景

眾所周知，石油等不可再生能源歷經(jīng)了長(zhǎng)久發(fā)展，但這些能源不是取之不盡用之不竭的，煤炭、石油等資源的過度開采造成了能源短缺，石油危機(jī)迫在眉睫。化工能源固然重要，但它們?cè)谑褂弥袑?duì)環(huán)境的影響也是不可估量的。為了應(yīng)對(duì)石油等能源短缺和對(duì)環(huán)境影響惡劣這兩個(gè)問題，新能源的研究被各國(guó)提上了日程。

新能源的種類很多，利用方式自然也有很多，其中，為人們生活供電是其主要利用方式，分布式發(fā)電這個(gè)研究課題也應(yīng)運(yùn)而生，并成為了我國(guó)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志。

分布式發(fā)電，是將小規(guī)模發(fā)電機(jī)組配置在電網(wǎng)中。它和集中式發(fā)電不同的是可以配置在用戶附近，更加方便電力用戶的使用。目前，分布式電網(wǎng)大多都接入中低壓配電網(wǎng)，它生產(chǎn)電能的效率高并且可靠，發(fā)電方式靈活多變，它和傳統(tǒng)發(fā)電相比最大的特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境友好。分布式發(fā)電的廣泛應(yīng)用補(bǔ)足了傳統(tǒng)發(fā)電的不足之處，現(xiàn)已得到許多國(guó)家的青睞[1-3]。

2.分布式電源的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

分布式電源并不是近些年來(lái)電力科技的新產(chǎn)物，我國(guó)早期的小型火電廠就是分布式發(fā)電的一種應(yīng)用，但它們?cè)诎l(fā)展中因自身缺陷而被時(shí)代遺棄了。近年來(lái)，分布式電源發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越好，它能夠直接接入配電網(wǎng)或分布在用戶現(xiàn)場(chǎng)附近，對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要。在我國(guó)始終重視開發(fā)清潔能源，極力創(chuàng)造對(duì)環(huán)境友好的供電用電環(huán)境。作為清潔能源應(yīng)用的重要方式，分布式電力自然受到國(guó)家的重視。我國(guó)現(xiàn)已有了許多清潔能源發(fā)電站，例如光伏發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站等，它們大多為分布式發(fā)電技術(shù)提供支持[4-7]。

3.電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問題

電能是人們生活中必不可缺的一部分，它的質(zhì)量關(guān)系著每個(gè)人，以下4點(diǎn)因素詳述了電能質(zhì)量為何越發(fā)受到人們的關(guān)注。（1）許多當(dāng)代的電子設(shè)備都帶有基于微處理機(jī)的電子器件，電磁干擾對(duì)其影響極大。（2）隨著生活水平的不斷提升，人們?cè)絹?lái)越重視電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，尤其對(duì)用電設(shè)備方面格外重視。但凡事都有兩面性，用電設(shè)備的使用雖說(shuō)會(huì)給人們提供便捷，但它也會(huì)造成電網(wǎng)諧波污染。（3）隨著電力在人們生活中的日益滲透，用戶在方方面面的用電過程中對(duì)電能的要求越來(lái)越高，對(duì)電能質(zhì)量越來(lái)越重視。（4）電力網(wǎng)是由很多部分構(gòu)成的，各方面要做到協(xié)調(diào)同步，任何一個(gè)局部出了差錯(cuò)都會(huì)造成故障甚至是重大損失。所以，發(fā)電方在供電時(shí)既要保證電能可靠，更要極杜絕設(shè)備帶來(lái)的電力擾動(dòng)，因此電能質(zhì)量格外重要[8-12]。

4.電能質(zhì)量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不可能保證始終以額定電壓、額定電流等額定值運(yùn)行;實(shí)際運(yùn)行難免會(huì)較理想狀態(tài)有所偏移。既然有差異，那么實(shí)際值和理想值之間就存在差值。電壓指標(biāo)作為衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，它的變動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響很大。其中，電壓變的不一樣了叫作電壓偏差，表征電壓發(fā)生漸變時(shí)，離額定值越來(lái)越遠(yuǎn)的水平。電壓偏差的計(jì)算方法也很簡(jiǎn)單，就是用某一點(diǎn)實(shí)際運(yùn)行中所測(cè)的電壓值減去電網(wǎng)電壓，得到一個(gè)值，再用這個(gè)所得的值除以額定電壓，也就是說(shuō)，求出來(lái)的是實(shí)際電壓較系統(tǒng)電壓的偏移值在額定標(biāo)準(zhǔn)電壓中所占的比例，所以結(jié)果用百分?jǐn)?shù)表示最形象。

穩(wěn)態(tài)電壓變動(dòng)和最大電壓變動(dòng)是衡量快速電壓變動(dòng)的兩個(gè)指標(biāo)。電壓在變化之前會(huì)維持在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，后發(fā)生變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)在持續(xù)一段時(shí)間之后又會(huì)達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定的狀態(tài)。通過技術(shù)測(cè)出這兩個(gè)穩(wěn)定情況之下的兩個(gè)電壓，后用兩個(gè)數(shù)據(jù)作差，得到的差值就是穩(wěn)態(tài)電壓變動(dòng)。最大電壓變動(dòng)，顧名思義就是電壓變動(dòng)的最大幅度。電網(wǎng)初始運(yùn)行時(shí)，會(huì)維持在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，后隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，各項(xiàng)指標(biāo)會(huì)在持續(xù)運(yùn)行中發(fā)生變動(dòng)。在所有變動(dòng)的數(shù)值中一定存在一個(gè)最大值和最小值，那么之前的穩(wěn)態(tài)電壓值和后出現(xiàn)的變動(dòng)最大值或最小值之間的差值，便是最大電壓變動(dòng)量。

隨著科技的愈加發(fā)達(dá)，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，人們對(duì)電網(wǎng)的要求也越來(lái)越高。電能質(zhì)量是衡量電網(wǎng)水平的重要因素，所以確保電能質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)格外重要[13-15]。

5.分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

分布式發(fā)電技術(shù)勢(shì)不可擋。它對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、負(fù)荷預(yù)測(cè)、系統(tǒng)潮流、保護(hù)裝置等多方面均有影響。（1）集中式電網(wǎng)一般呈輻射狀供電;穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電源端電壓最高，從電源端開始，沿著輸電線路到負(fù)載端，就這一方向，電壓越來(lái)越低，負(fù)載端電壓是最低的。分布式電源接入后，會(huì)輸出功率，補(bǔ)償了一部分原電網(wǎng)的功率，這樣一來(lái)，線路上輸出的功率就少了;功率降低了，線路的電壓損失自然也更少了。電壓損耗的減少使得沿饋線的各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處電壓被抬高，會(huì)造成某負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓超過標(biāo)稱值，嚴(yán)重的還會(huì)干擾潮流的方向。（2）分布式電源并網(wǎng)會(huì)用到很多的電力電子元件，幾乎每個(gè)元件都要運(yùn)行投入使用，這樣就不可避免頻繁地開關(guān)倒換，容易造成諧波污染。（3）分布式電源的啟停不易控制，并且受到許多因素的制約。地理位置不同會(huì)限定它的使用，用電方的要求也是相當(dāng)重要的制約條件，其次還有政策法規(guī)限定。由于制約因素過多，因此就要求分布式電源要有規(guī)則地啟動(dòng)和停運(yùn)。不規(guī)則啟停，會(huì)造成功率的不穩(wěn)定變動(dòng)，進(jìn)而干擾到電壓控制設(shè)備，進(jìn)而造成配電網(wǎng)明顯的電壓波動(dòng)。風(fēng)速和太陽(yáng)光照屬于自然因素，極其不可控，它們的變動(dòng)會(huì)使風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生電壓波動(dòng)。以風(fēng)力發(fā)電廠為例，當(dāng)實(shí)際風(fēng)速低于風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電的最大風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)退出額定運(yùn)行狀態(tài)。如果很多的機(jī)組同時(shí)退出，則會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生相當(dāng)劇烈的打擊。以上舉例為風(fēng)機(jī)不正常運(yùn)行情況下會(huì)造成的問題，那么在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)速也不是一成不變的，它的正常變化依然會(huì)給電網(wǎng)造成不好的影響。（4）分布式電源在接入電網(wǎng)之后不會(huì)一直維持穩(wěn)定運(yùn)行，它的發(fā)電容量和當(dāng)?shù)刎?fù)荷不一致時(shí)，就失去了穩(wěn)定。失穩(wěn)運(yùn)行極易給電能質(zhì)量造成不好的影響，會(huì)增加電壓的波動(dòng)程度。此外，分布式電源的容量、并網(wǎng)位置、控制方式的選取均會(huì)影響線路潮流變化，選擇不合適會(huì)使調(diào)壓過程困難，從而造成電壓波動(dòng)。（5）分布式發(fā)電機(jī)大多是三相機(jī)組，但由于科技的發(fā)達(dá)，單相機(jī)組的分布式發(fā)電機(jī)也應(yīng)用到了人們的日常生活中，這些機(jī)組會(huì)使得三相不平衡，給低壓配電網(wǎng)帶來(lái)影響。（6）關(guān)于孤島效應(yīng)。所謂孤島效應(yīng)，就是指并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)原本在對(duì)本電網(wǎng)供電，后當(dāng)電力網(wǎng)驟然失去電壓時(shí)，該供電裝置依舊對(duì)電網(wǎng)中的鄰近某些線路供電的一種效應(yīng)。孤島方式下運(yùn)行對(duì)儲(chǔ)能要求很高，若缺少儲(chǔ)能裝置或者裝置不具備所需的能量，則容易導(dǎo)致電壓波動(dòng)與閃變。

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