分布式电源不同接入点对配电网谐波特性的影响

邢晓敏，钱智妮，庞　健

(1.东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林 132012；2.国网蒙东电科院，内蒙古 呼和浩特 010020)



分布式电源不同接入点对配电网谐波特性的影响

邢晓敏1，钱智妮1，庞健2

(1.东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林 132012；2.国网蒙东电科院，内蒙古 呼和浩特 010020)

摘要：逆变型分布式电源(Distributed Generation，DG)通过电力电子装置并网，其接入位置的不同将给电网谐波特性带来多方面影响。以在配电网中引入谐波电流最少为目的，先将DG进行谐波源等效，再依据最优点选取原则，利用Matlab中提供的电力系统模块在Simulink环境下搭建仿真模型，通过类比分析，归纳DG在不同接入点对配电网谐波分布特性影响，为后续进一步提出改善方案提供依据。

关键词：逆变型；分布式电源；配电网；谐波特性

随着国民经济的发展，近年来用电负荷急剧增长，传统的集中式发供电模式愈发暴露出在稳定性和可靠性上的弊端，能源危机日趋严重。鉴于上述问题，一种高效、经济、环保的新型发电技术——分布式发电被提出并引起人们的广泛关注和重视。

分布式电源一般指服务于当地用户或当地电网的发电站，功率为数千瓦至50兆瓦小型模块式的，可再生或非可再生能源的发电方式[1-5]。分布式电源并网给配电网的电能质量带来了很大影响，其中对配电网谐波分析的影响逐渐成为大家所关注的主要问题之一[6-11]。目前对谐波方面的研究主要涉及拓扑结构、谐波检测方法和控制算法等方面[12-14]，在分布式电源具体安放位置等问题上很少有文献涉及。本文结合配电网拓扑结构特点，针对分布式电源在配电网中的不同接入点，讨论接入位置对系统谐波的影响。

1系统的结构与模型

1.1逆变型DG并网结构

DG可以直接连接在配电网上，主要包括小型柴油发电机、微型燃气轮机、燃料电池、风力发电、光伏发电等，具有环保、节能、经济、可操作等优点。DG按并网特性可分为两类，直接与系统相连的旋转型和通过电力电子接口方式并网的逆变型。由于电力电子装置会产生大量谐波电流，是公用电网中的主要谐波源，而通过同步发电机、异步电动机等其他方式接入产生的谐波电流含量不大，所以本文主要针对逆变型DG进行研究。

逆变型DG接入配电网过程如图1所示，其中DCLinkVoltage代表大小随外界条件变化而波动的直流环节，逆变后再经滤波阻抗R+jXf接入电网；UPCC为并网公共连接点处电压；Udc为直流母线电压；ig为并网电流；Eg为电网母线电压。

图1　逆变型DG并网示意图

图2　三相PWM变流器

图3　LV馈线配电网模型

1.2逆变型DG的模型

逆变型DG通常采用电力电子接口并网，最常采用的是电压型三相PWM变流器，其拓扑结构模型如图2所示，其中L表示变流器的交流滤波电感；Udc为直流侧的电压源，物理意义代表分布式电源能够接入电网电能，它的大小有可能会随着分布式电源的变化而产生波动，故为达到较理想的接入效果，往往需要通过PWM变流器和相应的控制手段来实现，进而满足电力系统并网要求，最终实现有效并网。

1.3配电网简化模型

本文分析问题所针对的系统模型如图3所示。它是欧洲一个典型的单馈线辐射状配电网模型，电压等级为0.4 kV，网络中处于每个变电站以及负荷连接点的节点基本接地，在结束的侧枝上，可能存在其他与之连接的变电站。

该网络最大优点是基于标准的单馈线，适用于各种类型储能设备的连接，具有配电网的电气特点和结构特征，包括现实生活中公共用电网的重要技术特征，同时摒弃了实际网络的复杂性，便于进行有效的建模和微网仿真的操作[15]。

2DG接入点选取方法

我国地域幅员辽阔，导致许多边远地区及一些农村地区因远离大电网而难以从大电网获得足够的电能供应。采用太阳能光伏发电、风力发电和生物质能发电等独立分布式发电系统不失为一种优选的方法。考虑到我国电网的现实状况和分布式电源的靠近负荷用户的特点，拟将DG接入点选在图3所示配电网模型的各个不同负荷节点上来进行对比分析。取图3中的N31、N42、N61、N101这四个负荷节点接入分布式电源。通过对谐波特性的研究，确定本文仅采用恒阻抗模式，设定配电网所带负载均为RL负载。

3仿真与实验结果分析

本文通过各母线电压畸变情况反映电力系统谐波治理效果。利用Matlab提供的电力系统模块，在Simulink环境下对分布式电源并网逆变器进行了建模和仿真研究。给定仿真条件如下：电网侧电压是0.4 kV，电网额定频率fs=50 Hz，分布式电源并联接入配电网，其并网逆变器PWM三角载波频率为1 kHz，直流侧电压Udc=0.1 kV。仿真算法选择ode23s算法，仿真时间为0.15 s。

基于上一节采用的配电网模型，首先计算未接入DG时，配电网各节点电压、电流的畸变情况，如表1所示。然后分别选择N31、N42、N61、N101为DG的安装点，同时计算当DG接入后其他各节点谐波畸变率，结果如表2-表5所示。

表1　未接入DG时，配电网各节点电压、电流谐波畸变率

对比表1与表2，可以明显看出接入DG后，各节点谐波畸变率发生改变，谐波电压、电流均增加，变化从与接入分布式电源负荷处最近的N3开始加剧。类比表2-表5所示，不难发现DG接入配电网后，其安装节点处的畸变率最大，流入的谐波最多，并且随着DG安装点的不同，对配电网谐波的影响也不同。安装在配电网较前端负荷N31时，对配电网其他各节点影响小；越靠近配电网末端，各节点的谐波畸变率越大，DG安装点为末端N101时，其附近的畸变率最大。

表2　DG接入N31点时，配电网各节点电压、电流谐波畸变率

表3　DG接入N42点时，配电网各节点电压、电流谐波畸变率

表4　DG接入N61点时，配电网各节点电压、电流谐波畸变率

表5　DG接入N101点时，配电网各节点电压、电流谐波畸变率

图4所示，是DG未接入配电网时，母线末端N10点谐波含量柱形图，可以看到主要含有的是低次谐波。图5所示，是DG接入N101点时，N10节点谐波含量柱形图，可以清晰的显示出主要含有的是5、7、18、22次谐波，并且高次谐波所占比例大于低次谐波，可见逆变型分布式电源接入配电网时主要产生高次谐波。

图4 DG未接入时,N10频谱分析图图5 DG接入N101时,N10频谱分析图

图6所示，是DG未接入配电网以及接入N31、N61、N101时所对应的配电网上节点N10的电压波形，从图中可以明显看出，随着DG安装点靠近配电网末端节点，末端电压波形锯齿增多，所受到由分布式电源带来的谐波影响越大。

4结论

本文采用谐波畸变率和DG谐波引入函数方式来评估分布式电源对配电网谐波影响，并通过仿真建模比对分析DG安装位置的改变对配电网谐波分布的影响，结论如下：

(1) 分布式电源接入位置越靠近线路末端，对配电网谐波影响越大；

(2) 分布式电源接入后，对其安装点处谐波影响最大。配电网首端节点受影响小，末端节点受影响大；

(3) 分布式电源接入配电网，主要引入的是高次谐波；

(4) 该研究可以为逆变型分布式电源并网、配电网规划以及配电网谐波治理装备的研制提供依据。

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The Impact of Access Points Difference in DG on Harmonic Wave Characteristics of Distribution Network

XING Xiao-min1，QIAN Zhi-ni1，PANG Jian2

(1.Electrical Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin Jilin 132012；2.State Grid East Inner Mongolia Electric Power Research Institute，Hohhot 010020)

Abstract：Inverter interfaced distributed generation connect the distribution network through power electronic devices，the difference of access points brings out multifaceted impacts on harmonic in distributed network.To minimize the harmonic current in power distribution network，this paper first makes DG equivalent in harmonic source，then builds simulation model in Simulink through power system blockset provided by Matlab on the principle of optimum point selecting，and includes harmonic distribution characteristics when DG access different point in distribution network by analogy analysis，and provide the basis for further improvement scheme to eliminate harmonic.

Key words：Inverter Interfaced；Distributed Generation；Distribution Network；Harmonic Characteristic

收稿日期：2016-01-12

作者简介：邢晓敏(1973-)，女，东北电力大学电气工程学院副教授，主要研究方向：电力系统稳定.

文章编号：1005-2992(2016)02-0014-05

中图分类号：TM71

文献标识码：A