新能源接入對微電網(wǎng)電能質(zhì)量影響探討

摘要：當(dāng)前，微電網(wǎng)在新能源中逐步普及，在新能源接入后，需要分析微電網(wǎng)電能的各類質(zhì)量問題，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足電力用戶的各類需求。基于此，本文首先分析新能源接入電網(wǎng)后電力偏差、頻率偏差與三相不平衡等各項(xiàng)問題，探究新能源接入對微電網(wǎng)電能質(zhì)量的綜合影響，旨在為我國微電網(wǎng)電能質(zhì)量的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源；電能接入；微電網(wǎng)

DOI：10.12433/zgkjtz.20232236

目前，我國新能源發(fā)展速度較快，新能源的大規(guī)模并網(wǎng)正持續(xù)落實(shí)，但在此過程中會(huì)給電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成一定沖擊，使相關(guān)方更加關(guān)注電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。作為新能源接入過程中的重要載體，微電網(wǎng)在新能源的發(fā)展過程中具有一定影響，要在新能源接入實(shí)際電網(wǎng)后穩(wěn)步提升電能的質(zhì)量，確保電力系統(tǒng)在更加安全穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。本文主要分析微電網(wǎng)的電能質(zhì)量相關(guān)問題，逐步探究微電網(wǎng)中加入新能源后對電能產(chǎn)生的影響，并找出配電網(wǎng)之間存在的交互影響。

一、微電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題

（一）解析傳統(tǒng)電能質(zhì)量

第一，電壓偏差問題。產(chǎn)生的原因是：在電網(wǎng)運(yùn)行過程的某一環(huán)節(jié)中，電網(wǎng)電壓與相應(yīng)額定電壓出現(xiàn)了一定差值，額定電壓的百分比也有所波動(dòng)，在選擇變壓器的分接頭過程中影響了電壓穩(wěn)定，或?qū)Ь€截面的選擇影響了電壓穩(wěn)定。對于電網(wǎng)穩(wěn)定而言，如果功率平衡度不高，會(huì)造成微電網(wǎng)及電壓偏差，尤以分布式電源中以及負(fù)荷間無功功率不平衡問題表現(xiàn)較明顯，會(huì)導(dǎo)致分布式電源在功率調(diào)節(jié)過程中的表現(xiàn)不夠理想。如果無功負(fù)荷產(chǎn)生了相對較大的變化，會(huì)在一定程度上導(dǎo)致無功功率損失成為電壓偏差的主要問題，隨著電壓偏差的增大而增加；如果電壓偏差超過規(guī)定要求，在外部環(huán)境出現(xiàn)擾動(dòng)，會(huì)快速降低電壓，一旦不受控制，就可能出現(xiàn)大規(guī)模停電的狀況。

第二，頻率偏差。利用頻率偏差能計(jì)算電力系統(tǒng)中額定頻率與基波頻率的偏差程度比值。通常情況下，頻率偏差產(chǎn)生的原因是有功功率在供需過程中的平衡度較低。例如，在微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，會(huì)處理光伏以及風(fēng)電等可再生能源，導(dǎo)致出現(xiàn)孤島運(yùn)行現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致頻率偏差增加。

第三，電壓波動(dòng)。電壓波動(dòng)在實(shí)際出現(xiàn)時(shí)，主要是指電壓出現(xiàn)快速且具有高度連續(xù)性變化。一般情況下，微電網(wǎng)分布式電源的來源包括太陽能以及風(fēng)能，滲透性高，伴有較強(qiáng)的間歇性。當(dāng)來自外部的因素出現(xiàn)改變或直接阻斷分布性電源，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了很大的挑戰(zhàn)。在此情況下，電壓會(huì)出現(xiàn)較快且連續(xù)性變化，產(chǎn)生電壓波動(dòng)。

第四，三相不平衡。電力系統(tǒng)出現(xiàn)三相不平衡的原因可能是三相負(fù)載不平衡與系統(tǒng)參數(shù)無法匹配。在電力系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)三相不平衡的問題，在各相中的偏差與一百二十相差很遠(yuǎn)，各項(xiàng)幅值也無法平衡。在微電網(wǎng)中，具有多樣性的可再生能源和實(shí)際負(fù)荷，任何一種分布式電源具有的頭切或存在大規(guī)模復(fù)合頭切，在一定程度上會(huì)引發(fā)微電網(wǎng)及三相電壓不平衡問題。

第五，諧波情況。在微電網(wǎng)中，整流裝置及其配套的熒光燈種等設(shè)備或來自非線性造成的實(shí)際負(fù)荷都會(huì)造成電流中出現(xiàn)含量急速增加的諧波。注入微電網(wǎng)中的分布式電源，通過電力轉(zhuǎn)換的方式，利用電子變換器得以實(shí)現(xiàn)。而對于電力電子變換器而言，真實(shí)的開關(guān)頻率和效應(yīng)進(jìn)入微電網(wǎng)后會(huì)出現(xiàn)大量的諧波電流，影響電能質(zhì)量。

（二）解析特有微電能質(zhì)量

首先，暫態(tài)沖擊存在于微電網(wǎng)中，當(dāng)在實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行以及孤島運(yùn)行切換的過程中，使電壓和頻率在電力電子變換器中發(fā)生突然改變，導(dǎo)致靜態(tài)開關(guān)兩側(cè)的電壓無法與自身頻率達(dá)成一致，產(chǎn)生暫態(tài)電壓，進(jìn)而出現(xiàn)暫態(tài)沖擊。如果不及時(shí)進(jìn)行處理，會(huì)嚴(yán)重影響微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。分布式電源基于大電網(wǎng)實(shí)際支撐下，并網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行功率調(diào)節(jié)是可以操作的步驟。功率輸出可以通過逆變器中紅功率控制模式進(jìn)行操作，如果運(yùn)行過程中出現(xiàn)了孤島運(yùn)行的情況，對于分布式電源而言，要想調(diào)節(jié)電壓和功率，就要將主逆變器調(diào)整為恒壓—恒平控制模式，從而實(shí)現(xiàn)對參考電壓的控制。對于其他逆變器而言，不需要做出調(diào)整，確保成功率控制模式不發(fā)生改變。

其次，微電網(wǎng)及配電網(wǎng)電能質(zhì)量的交互影響。內(nèi)部分布式電源和負(fù)荷綜合運(yùn)行特征都會(huì)影響微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在一定程度上，交互影響出現(xiàn)在與外部連接的配地網(wǎng)中。要想將電流接入配電網(wǎng)中，微電網(wǎng)諧波電流就要充分利用公共節(jié)點(diǎn)。一些在配電網(wǎng)末端出現(xiàn)的電壓問題在網(wǎng)微電網(wǎng)回傳的過程中，對于公共連接處電能質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定沖擊。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)影響微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行。目前，電力系統(tǒng)發(fā)展速度較快，會(huì)增加電網(wǎng)接入數(shù)量，已接入的微電網(wǎng)容易相互影響，造成各種交互性影響。

二、新能源接入對微電網(wǎng)實(shí)際電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響

（一）風(fēng)電接入微電網(wǎng)后產(chǎn)生的影響

1.積極影響

第一，清潔能源。風(fēng)能是一種清潔、可再生的能源，風(fēng)電的接入有助于減少微電網(wǎng)的碳排放，降低對傳統(tǒng)化石能源的依賴，更好地保護(hù)環(huán)境。第二，能源多樣化。風(fēng)能的接入豐富了微電網(wǎng)的能源資源，使微電網(wǎng)更多樣化地滿足能源需求，提高了能源供應(yīng)的可靠性。第三，降低電價(jià)。風(fēng)電作為一種成本較低的能源形式，可以降低微電網(wǎng)的電力采購成本，從而為用戶提供更加穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的電價(jià)。第四，綠色形象。微電網(wǎng)接入風(fēng)電，特別是在可持續(xù)能源的推廣政策下，有助于提升微電網(wǎng)的綠色形象，符合可持續(xù)發(fā)展要求。

2.帶來的挑戰(zhàn)

第一，不穩(wěn)定性。風(fēng)能的特點(diǎn)是波動(dòng)性較大，由于風(fēng)速的變化，風(fēng)電的輸出會(huì)產(chǎn)生間歇性，可能導(dǎo)致微電網(wǎng)的電力供應(yīng)不穩(wěn)定。第二，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。風(fēng)電的并網(wǎng)可能會(huì)引起微電網(wǎng)內(nèi)部電壓和頻率的波動(dòng)，需要適當(dāng)?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié)措施確保微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。第三，儲(chǔ)能需求。為了解決風(fēng)電波動(dòng)性帶來的不穩(wěn)定性，需要在微電網(wǎng)中引入儲(chǔ)能技術(shù)，增加能源儲(chǔ)備，提高微電網(wǎng)的可靠性。第四，布局規(guī)劃。合理規(guī)劃風(fēng)電場的布局和連接需求，以最大程度上降低對微電網(wǎng)穩(wěn)定性和電力質(zhì)量的影響。

因此，在風(fēng)電接入微電網(wǎng)時(shí)，要綜合考慮其積極影響和挑戰(zhàn)，采取有效的技術(shù)措施和管理策略，確保微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量。

（二）光伏電站接入微電網(wǎng)的影響

光伏電站接入電網(wǎng)后，會(huì)影響微電網(wǎng)的頻率。第一，由于實(shí)際容量不夠大，可以讓多臺(tái)電機(jī)組共同運(yùn)行，并不會(huì)影響電網(wǎng)頻率。在新能源進(jìn)行快速發(fā)展的背景下，由于發(fā)電機(jī)波動(dòng)性較強(qiáng)，且不好把握，會(huì)影響電力系統(tǒng)的頻率，阻礙電網(wǎng)正常運(yùn)行。

第二，影響微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。當(dāng)使用光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，會(huì)采用最大功率跟蹤法，主要目的是抑制發(fā)電機(jī)存在的波動(dòng)性以及隨機(jī)性，確保功率輸出穩(wěn)定。最大功率跟蹤法具有質(zhì)量控制的作用，是確保光伏接入電力系統(tǒng)不存在電壓波動(dòng)或出現(xiàn)閃變的重要手段。如果外界環(huán)境出現(xiàn)改變或存在局部陰影，會(huì)遮擋相應(yīng)的光伏電池板。光伏輸出工具在一定程度上很難確保及輸出穩(wěn)定性，會(huì)存在多風(fēng)現(xiàn)象。如果最大功率跟蹤法在應(yīng)用過程中未能得到合理控制，光伏陣列及輸出功率會(huì)存在波動(dòng)，導(dǎo)致整體電力系統(tǒng)電壓出現(xiàn)閃變和波動(dòng)，進(jìn)而影響電能變換器件正常工作，導(dǎo)致公共連接點(diǎn)兩端存在電壓偏差，產(chǎn)生并網(wǎng)捷列問題。

第三，影響微電網(wǎng)諧波。光伏電站接入到整體微電網(wǎng)系統(tǒng)后，由于系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)相對較多的電力電子元件，會(huì)增加非線性負(fù)載和諧波滲透量。目前，非線性負(fù)載數(shù)量與相應(yīng)的種類進(jìn)一步增加，產(chǎn)生的結(jié)果也存在更多變、更復(fù)雜的特征。逆變器由各種類型的電力電子元件組成，并網(wǎng)逆變器對微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)而言很重要。要想實(shí)現(xiàn)有效控制并網(wǎng)逆變器，促使運(yùn)行方式更加合理是保證微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的核心內(nèi)容。

三、微電網(wǎng)及配電網(wǎng)電能質(zhì)量交互影響

（一）微電網(wǎng)的并網(wǎng)影響配電網(wǎng)電能質(zhì)量

微電網(wǎng)的并網(wǎng)確實(shí)會(huì)對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，主要涉及以下三個(gè)方面：第一，電壓和頻率波動(dòng)。微電網(wǎng)中的新能源（如太陽能和風(fēng)能）具有波動(dòng)性，因?yàn)槠漭敵鍪芴鞖夂铜h(huán)境條件的影響。當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，這些波動(dòng)可能傳遞到配電網(wǎng)中，導(dǎo)致電壓和頻率波動(dòng)。這可能對配電網(wǎng)內(nèi)部的電力設(shè)備和用戶設(shè)備產(chǎn)生影響，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。第二，諧波和電力質(zhì)量問題。微電網(wǎng)中的逆變器和電子設(shè)備可能引入諧波和電力質(zhì)量問題。這些問題可能通過并網(wǎng)傳遞到配電網(wǎng)中，對其他用戶設(shè)備造成干擾，導(dǎo)致電能質(zhì)量問題，如電壓失真和諧波污染。第三，電能質(zhì)量控制。在微電網(wǎng)中，通常會(huì)使用電力電子設(shè)備來實(shí)現(xiàn)能源管理和控制，這些設(shè)備的操作可能影響微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，這些設(shè)備的運(yùn)行情況可能對配電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。

為了減輕微電網(wǎng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，需要采取一些措施，具體如下：第一，使用合適的電能質(zhì)量控制裝置。在微電網(wǎng)中使用符合電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的逆變器和其他電力電子設(shè)備，減少其對電能質(zhì)量的影響。第二，進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測和控制。定期監(jiān)測和評估微電網(wǎng)和配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取措施加以控制。第三，引入儲(chǔ)能技術(shù)。在微電網(wǎng)中引入儲(chǔ)能技術(shù)，可以平滑能源波動(dòng)，減少對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。第四，合理規(guī)劃和運(yùn)行。在微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的并網(wǎng)過程中，需要進(jìn)行合理規(guī)劃和運(yùn)行，確保微電網(wǎng)的電能質(zhì)量不對配電網(wǎng)產(chǎn)生過大的影響。

綜上所述，微電網(wǎng)的并網(wǎng)會(huì)對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，但通過合理的技術(shù)和管理措施，可以減輕這些影響，確保供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量得到有效控制和提高。

（二）配電網(wǎng)對微電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

配電網(wǎng)對微電網(wǎng)的電能質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在以下方面：第一，電壓和頻率的穩(wěn)定性。配電網(wǎng)作為微電網(wǎng)的供電來源，電壓和頻率的穩(wěn)定性會(huì)直接影響微電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行和電能質(zhì)量。如果配電網(wǎng)電壓和頻率波動(dòng)較大，可能導(dǎo)致微電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備故障或不穩(wěn)定運(yùn)行，從而影響電能質(zhì)量。第二，諧波和電力質(zhì)量問題。配電網(wǎng)中存在諧波和電力質(zhì)量問題，例如，電壓失真和諧波污染，可通過供電鏈路傳遞到微電網(wǎng)中，對微電網(wǎng)內(nèi)部的設(shè)備和用戶設(shè)備產(chǎn)生不良影響，進(jìn)而影響電能質(zhì)量。第三，供電可靠性。配電網(wǎng)的供電可靠性會(huì)直接影響微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。如果配電網(wǎng)存在較高的停電率或斷電情況，會(huì)使微電網(wǎng)不穩(wěn)定，影響電能質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。第四，噪聲和干擾。配電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題，例如，電磁干擾和噪聲，可能會(huì)通過供電鏈路傳遞到微電網(wǎng)，影響微電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備的正常運(yùn)行和電能質(zhì)量。

為了降低配電網(wǎng)對微電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，可以采取以下措施：第一，提升配電網(wǎng)電能質(zhì)量。加強(qiáng)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測和控制，減少諧波和電壓失真等問題，從源頭上降低對微電網(wǎng)的不利影響。第二，引入儲(chǔ)能技術(shù)。在微電網(wǎng)中引入儲(chǔ)能技術(shù)，使微電網(wǎng)更好地應(yīng)對配電網(wǎng)的電壓和頻率波動(dòng)，提高電能質(zhì)量的穩(wěn)定性。第三，設(shè)備過濾和保護(hù)。在微電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備上添加合適的過濾和保護(hù)裝置，減少來自配電網(wǎng)的噪聲和干擾，保障微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。第四，定期檢測和維護(hù)。定期檢測和維護(hù)微電網(wǎng)和配電網(wǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上所述，配電網(wǎng)會(huì)對微電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，通過合理的技術(shù)手段和管理措施，可以保障微電網(wǎng)的電能質(zhì)量和供電可靠性。

（三）共同改善電能質(zhì)量

確保電能質(zhì)量的穩(wěn)定，需要微電網(wǎng)和配電網(wǎng)共同努力，綜合改進(jìn)。第一，電能質(zhì)量監(jiān)測。微電網(wǎng)和配電網(wǎng)應(yīng)定期進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測，包括電壓、頻率、諧波、電壓波動(dòng)等參數(shù)。通過及時(shí)監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取預(yù)防措施。第二，電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。確立電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括國家或地區(qū)的電能質(zhì)量要求和限制，以便微電網(wǎng)和配電網(wǎng)都能遵守并共同努力達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)。第三，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用。在微電網(wǎng)和配電網(wǎng)中引入儲(chǔ)能技術(shù)，可以平滑能源波動(dòng)，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)而提高電能質(zhì)量。第四，智能能源管理系統(tǒng)。微電網(wǎng)和配電網(wǎng)可以采用智能能源管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù)，優(yōu)化調(diào)節(jié)電網(wǎng)，確保穩(wěn)定供電。第五，過濾和補(bǔ)償裝置。在微電網(wǎng)和配電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備上加裝過濾和補(bǔ)償裝置，減少諧波和電壓失真。第六，教育與宣傳。加強(qiáng)對用戶和電力從業(yè)人員的電能質(zhì)量知識(shí)宣傳，提高對電能質(zhì)量的重視和認(rèn)識(shí)，共同維護(hù)電能質(zhì)量。

四、結(jié)語

當(dāng)更多的分布式電源接入到微電網(wǎng)中，隨著非線性負(fù)載數(shù)量不斷的增加，使得微電網(wǎng)及電能質(zhì)量問題愈加復(fù)雜，但隨著人們用電需求急劇增加，對電能質(zhì)量有了更高的期盼。因此，更準(zhǔn)確地解決電能質(zhì)量問題，保障各類設(shè)備及電網(wǎng)安全穩(wěn)定已成為重要課題。針對可能出現(xiàn)的各項(xiàng)問題需要結(jié)合不同種類新能源應(yīng)用模式，分析相關(guān)電站接入微電網(wǎng)的影響，著重探究微電網(wǎng)與配電網(wǎng)電能質(zhì)量的相互影響，盡量減少負(fù)面影響因素，提升微電網(wǎng)電能質(zhì)量。

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