分布式电源对配网供电电压质量的影响

张世豪

摘 要：随着用户对供电质量和安全性的要求越来越高，分布式电源对配网供电电压质量的影响越来越受到人们的重视。介绍了电压偏差、电压波动、电压闪变、电压暂降四种配电网电压质量指标，研究了分布式电源对电压质量的影响，总结了分布式电源引起配网供电电压波动的主要原因，提出了改善电压质量的措施。

关键词：相对电压变化率；无功补偿；动态电压恢复器；电网

中图分类号：TM711 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.138

分布式电源与主网结合发电能节省投资、降低能耗，被认为是电网发展的主要方向之一。但分布式电源发电功率具有较大的随机波动性，对配网供电电能质量造成了一定的影响。因此，研究分布式电源并网对供电电压质量的影响具有重要的意义。本文分析了配电网电压质量指标以及分布式电源对电压质量的作用机理，提出了改善电压质量的治理措施，为分布式电源并入电网提供了理论支撑。

1 配电网电压质量指标

1.1 电压偏差

电压偏差是指配网某处的实际电压与额定电压的差值。当电网中的负荷发生变化时，配网中将出现电压偏差，其表达式如下：

式（1）中：U为实际电压；UN为额定电压。

配网三相供电电压偏差一般在±7%范围内。

1.2 电压波动

电压波动是指配网电压有效值发生的变动或改变，通常在电网有波动负荷时电压会发生波动。其计算方法一般为有效值相邻最大值、最小值之差与额定电压的比值，表达式如下：

式（2）中：Umax为电压有效值的最大值；Umin为电压有效值的最小值。

35 kV及以下电压等级的配电网对电压波动的允许值在1.25%～4%的范围内波动。

1.3 电压闪变

电压闪变是指当电压闪变到一定程度时，人感受到灯光亮度的变化。电压闪变实际上是低频的非整数次的电压波动所造成的，会使用户的电动机转速不规律变化，对电机有一定的损害；造成照明灯泡闪烁，导致人的视觉感受变差；对于电压稳定性要求较高的工业，出现电压闪变会造成产品质量下降。

1.4 电压暂降

电压暂降是指电压有效值在短时间内快速下降，并持续0.5～30个工频周波的时间。

2 分布式电源对电压质量的影响

基于分布式电源具有的特性，其发电不稳定，在环境变化时可能会改变起停状态。分布式电源接入配网后，会对上述电压指标造成多种影响。在分布式电源发生发电波动、接入主网、与主网断开等情况时，必将对配网造成一定的干扰，配电网的供电电压质量会下降。同时，分布式电源的接入也会增加配网的短路容量，增大电压强度，进而对控制区域配网电压波动造成影响。

2.1 相对电压变化率

电网中的电压分布与潮流有关。当注入功率和负荷发生变化时，电网各节点会出现电压质量下降的情况。分布式电源影响电压质量的主要原因为其发电功率的波动。分布式电源的发电功率发生变化时，会导致线路电流发生变化，相对电压变化率的计算公式如下：

式（3）中：△Sn为分布式电源注入功率的变化量；φ为分布式电源接入点的电网阻抗角；θ为分布式电源的功率因数角；SK为分布式电源接入点的短路容量。

由此可见，分布式电源对供电电压的影响因素主要包括3个：①分布式电源注入功率的变化量△Sn；②分布式电源的功率因数；③分布式电源接入点的短路容量SK.

2.2 抑制电压波动

电力系统的短路容量越大，则电网越强。接入分布式电源后，配网系统的短路容量发生了改变，在出现冲击性负荷投切或故障时，与常规配网相比，其电压变化程度将会被抑制或削弱。

3 电压质量的治理措施

接入分布式电源后，其注入功率的变化会导致配网电压质量的下降。以异步风机为例，其并入配网后，吸收无功功率的过程加大了电网的扰动和增大了电压变化率。针对分布式电源引起的电压质量下降的情况，本文提出了以下解决措施：①对于异步风机，由于其不产生无功功率，因此，对其进行无功补偿可有效改善配网电压的质量；②分布式电源有功功率的波动会导致配网波动，而使用动态电压恢复器（DVR）进行无功功率补偿和瞬时的有功功率补偿能补偿电压跌落或抵消电压浪涌；③运用多种储能手段，包括蓄电池、超级电容器、飞轮等形式，稳定分布式电源的发电量可对稳定电压有积极作用。

4 结束语

本文介绍了4种配电网电压质量指标，讨论了分布式电源对电压质量的作用机理。研究发现，分布式电源对供电电压质量的冲击与分布式电源注入功率的变化量、分布式电源的功率因数、分布式电源接入点的短路容量等相关，接入分布提升电源的刚性率，即在出现冲击性负荷投切或故障时，可抑制或削弱电压波动。此外，还提出了进而无功补偿、使用动态电压恢复器、运用多种储能手段等建议，以期为提升配网电压质量贡献力量。

参考文献

[1]裴玮，盛鹍，孔力，等.分布式电源对配网供电电压质量的影响与改善[J].中国电机工程学报，2008，28（13）.

[2]张喆，李庚银，魏军强，等.考虑分布式电源随机特性的配电网电压质量概率评估[J].中国电机工程学报，2013（33）.

[3]赵珊珊，盛万兴，孟晓丽，等.分析电压质量对分布式电源渗透率影响的多分辨率模型与方法[J].中国电机工程学报，2015（06）.

[4]陈秋南，韦钢，吴万禄，等.分布式电源分布特性对微电网电压质量的影响[J].现代电力，2013，30（06）.

[5]陈琪琅，彭杰，苏逸凯，等.季节性分布式电源对10 kV配电网电压质量影响[J].电源技术，2015，39（10）.

〔编辑：张思楠〕