微电网中的电能质量问题浅析及建议

李　乐，马保慧



微电网中的电能质量问题浅析及建议

李乐1，马保慧2，3

（1．新疆城乡建设工程设计有限公司，新疆乌鲁木齐830011；2．天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃天水741020；3．大型电气传动系统与装备技术国家重点实验室，甘肃天水741020）

摘要：简单介绍了微电网的基本知识及其特性。以某长期并网运行的风电场为例，从电能质量角度分析了微电网的电能质量特点，并对微电网并网后电能质量的改善提出了建议。

关键词：微电网；电能质量；闪变；谐波；电压不平衡

1　引言

当前，高速发展的电力系统进入了智能电网时代，为了确保电网的安全稳定，负荷中心必须拥有一定比例的供电电源，形成电能就地平衡的运行模式。在这样的需求之下，集中了电源、负荷及调节控制为一体的微电网应运而生。微电网运行控制的核心是“自治独立，协调互助”。本文在介绍微电网基本特点的基础上着重分析微电网的电能质量问题。

1．1微电网

微电网是由分布式发电（DG）、负荷、储能装置及控制装置构成的一个可控的独立发电系统。微电网中DG和储能装置并联在一起，直接作用在用户侧。微电网具备完整的发、输、配电功能，又可以认为它是配电网中的一个“虚拟”电源或负荷。对于大电网来说，微电网可视为大电网中的一个可控单元，对于用户侧来说，微电网可独立满足用户侧的特定需求。

1．2微电网的种类

微电网可按照交直流类型分为直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网，分别如图1～图3所示。从整体上看，交直流混合微电网是特殊电源接入交流母线，故仍可看作是交流微电网。

微电网也可按功能需求分为简单微电网、多种类设备微电网和公用微电网，还可按用电规模分为简单微电网、企业微电网、馈线区域微电网、变电站区域微电网和独立微电网等。

图1　直流微电网结构图

图2　交流微电网结构图

图3　交直流混合微电网结构图

2　微电网入网电能质量要求

2．1一般性要求

分布式电源是指不直接与集中输电系统相连的35kV及以下电压等级的电源，主要包括发电设备和储能设备。分布式电源向负荷和电网所提供的电能，在谐波、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等方面应满足相关的国家标准。同时，当并网点的谐波、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等满足相关的国家标准时，分布式电源应能正常运行。

分布式电源应在并网点装设满足《IEC61000-4-30》标准要求的A类电能质量在线监测装置。10kV-35kV电压等级并网的分布式电源，电能质量数据应能够远程传送到电网企业，保证电网企业对电能质量的监控。380V并网的分布式电源，该并网点的电能质量监测装置应具备一年及以上的存储监测数据能力，必要时供电网企业调用。

2．2频率偏差限值

分布式电源的频率偏差应满足GB／T15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》的规定。

频率合格率的计算公式如下：

表1　频率偏差限值表

2．3谐波

分布式电源并网后，注入公共连接点处的谐波电流、谐波电压应满足GB／T14549-93《电能质量公用电网谐波》的规定。

2．3．1电流谐波

分布式电源所连公共连接点向电网注入的谐波电流分量（方均根值）的允许值不应超过表2中的规定值。按此电源协议容量与其公共连接点上发／供电设备容量之比控制分配。

表2　注入公共连接点的谐波电流允许值

2．3．2电压谐波

表3　公用电网谐波电压限值

220kV公共连接点的谐波电压总畸变率参照110kV电压等级，以2．0%作为限值。

2．4闪变限值

分布式电源并网后，公共连接点处的电压波动和闪变应满足GB／T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》的规定。

表4　闪变限值

电力系统公共连接点，在系统正常运行的较小方式下，以一周（168h）为测量周期，所有长时间闪变值Plt都应满足闪变限值的要求。

2．5电压不平衡

分布式电源并网后，其公共连接点的三相电压不平衡度不应超过GB／T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》规定的限值，公共连接点的三相电压不平衡度不应超过2%，短时不超过4%，其中由各分布式电源引起的公共连接点三相电压不平衡度不应超过1．3%，短时不超过2．6%。

3　实例浅析

3．1项目简介

下面以安徽某内陆低风速风电场为例，介绍微电网的电能质量特点。该风电场是风速低于6米／秒的低风速风力发电项目，整个发电场共有132台1500千瓦的发电机组，该项目总容量为247．5兆瓦，分五期建设。规划每期49．5兆瓦，目前五期均已建成并网发电。该风电场220kV升压站通过220kV来宝线接入滁州供电公司220kV宝桥变电站。在220kV来宝线装设电能质量监测装置ION7650，采集到的电能质量数据上传至主站安徽电网电能质量在线监测系统。

3．2频率偏差分析

从表5上的数据可以看出，该风电场并网运行过程中的频率波动很小，全部在合格范围内。这是由于微网并网运行时频率主要由主网来调节的结果。

表5　2012年1月-7月频率测试数据

3．3谐波分析

由该电厂2012年1-12月的电流谐波THD、HR（2）至HR（25）测量数据可以看出，全年只有一个HR（2）B相最大值超标为38．77，如表6所示。而平均值、95值都没有超标，说明这个最大值只是个偶然现象。2012年该风电场其余谐波含量均在国标范围以内，无超标现象。

表6　2012年1-12月电流谐波数据（部分截取）

3．4闪变分析

在2012年7-12月半年之间，前后有9次闪变不合格。在7月19日、20日闪变最为严重，20日达到最大值，见表7记录。这次较大的波动主要是和电压波动相关。在7月20日电压骤降为0之后在21日恢复，所以引起闪变达到了最大值。

表7　2012年7-12月闪变（长时）数据

3．5三相电压不平衡

表8　2012年1-12月不平衡度数据

项目2012年不平衡度合格，只是在7月18-20日之间出现较大波动。最大值出现在7月18日，见表8，这也是和电压骤降有关。

3．6实例总结

由以上监测数据可以看出，该风电场最主要的电能质量问题是电压波动和闪变。谐波问题基本合格，这可能与该风电场长期采用并网运行，并在谐波治理方面已经采取了比较有效的补偿措施有关。

4　电能质量改善措施

在通常情况下，谐波和电压波动及闪变为微电网的主要电能质量问题，故微电网的电能质量优化控制可以从下面两个方面着手。

4．1谐波抑制

谐波来源主要有两个：一是在微电网中由于有大量电力电子器件应用于分布式电源，所以不可避免地会给系统带来大量的谐波，这是微电网产生的谐波；二是并网后从电网向微电网渗透的大量谐波。所以抑制和消除谐波基本上有两个途径：（1）从改变非线性负荷本身性能考虑，减少它们注入系统的谐波电流，这主要针对谐波源为电力电子器件等；（2）装设无源或有源谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源均是有效的。

4．2电压波动及闪变的补偿

配电网中负荷引起的电压波动与负荷的无功功率波动成正比，与电网的短路容量成反比。微网并网运行时，它的短路容量较大，微网中的电压波动可以被限制在很小的范围内，但当微网独立运行时，它的短路容量小，电压波动可能变得比较严重。

建议从以下五个方面着手来提高电能质量：（1）采用独立回路供电。采用独立回路供电后产生波动和闪变的影响范围比较小，限制了其对其它负荷的影响；将分布式电源接入到有更大短路容量的母线上，可以大大降低其产生的电压波动和闪变。（2）降低共用配电线路阻抗。其本质也是通过增加短路容量的办法。（3）提高供电电压。电压损失的百分比与电网额定电压的平方成反比。因此，可以通过提高供电电压来降低波动和闪变。在同样功率波动下，采用1．05V供电产生的电压闪变是采用0．95V供电电压时的0．82倍左右。（4）采用静止型无功功率补偿装置。（5）做好分布式电源和储能装置的配合。储能装置在一定程度上能够有效地稳定系统，起到过渡作用并降低波动的幅度和频率，从而降低闪变。

5　结束语

本文结合目前传统电网中电能质量的特点对微电网的电能质量问题和改善措施进行了浅析。由于微电网的特殊网络性质和运行特点以及其中所包含的众多储能设备、检测控制设备等，这都使得微电网电能质量问题变得复杂并出现了许多新的特点，所以微电网的电能质量问题仍然是未来微电网研究的一个重要方向。

参考文献：

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［6］苏玲，张建华，王利，苗唯时，吴子平．微电网相关问题及技术研究［J］．电力系统保护与控制，38（19）．

［7］张建华，黄伟．微电网运行控制与保护技术［M］．北京：中国电力出版社．

［8］李富生，李瑞生，周逢权．微电网技术及工程应用［M］．北京：中国电力出版社．

Analysis and suggestion of power quality problem in micro grid

LI Le1，MA Bao-hui2，3

（1．Xinjiang Urban and Rural Construction Engineering Co．，Ltd．，Urumqi 830011，China；2．Tianshui Electric Drive Research Institute Co．，Ltd．，Tianshui 741020，China；3．State Key Laboratory of Large Electric Drive System and Equipment Technology，Tianshui 741020，China）

Key words：micro grid；power quality；flickering；harmonic；voltage imbalance

Abstract：The basic knowledge and characteristics of the micro grid are presented．The characteristics of the micro grid are analyzed from the perspective of power quality．Taking the long-time parallel operated wind farm as an example，the suggestions and summary for improvement of the power quality of the micro grid are given．

中图分类号：TM727

文献标识码：A

文章编号：1005—7277（2016）02—0051—04

收稿日期：2016-03-09