分布式新能源接入电网的电能质量问题分析

钟筱怡

摘 要：近年来，随着全球气候变暖、生态环境恶化以及世界性能源危机的爆发，各个行业都在研究清洁节能的新能源，从而实现全球经济的可持续发展。智能电网技术将可再生能源与电网有机结合起来，极大地推动了新能源的发展。新能源的利用方式分成集中式和分布式，将分布式新能源接入到电网中，严重影响了电网的稳定性和电能，因此，必须采取有效的措施，消除电网影响。该文主要分析了分布式电源并网对电能质量的影响并提出了相应的解决措施。

关键词：分布式 新能源接入 智能电网 电能质量

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（b）-0055-02

分布式发电技术指的是以可再生资源为主的小型发电装置，这种发电装置的发电容量一般是几十或者几百千瓦的微型燃气轮机、太阳能光伏发电技术、燃料电池、风力发电等，这种发电装置就布置在电力负荷附近。分布式发电技术具有投资小、能源利用率高、节能环保，能够减少电能远距离运输过程中的电力损失，提高供电的可靠性和安全性等优点。然而，分布式电源并入电网中，对主电网会产生一定的影响，尤其是大功率电力电子开关设备广泛应用在分布式电源中，造成主电网电压波形畸变、电压闪变和三相不平衡等问题，严重影响了配电网的输电质量。因此，探讨分布式新能源接入电网的电能质量问题，对促进我国新能源的发展和应用具有重要意义。

1 分布式电源并网对电能质量的影响

电能质量主要指的是供电质量，具体体现在电流质量、电压质量、用电质量等，衡量供电质量的指标有3项参数：电压、波形、频率。分布式电源并网造成电力用户设备故障或者出现电压波动、频率偏差、三相不平衡、电压中断、瞬态过电压等问题，影响供电的持续性。分布式接电源并网对电能质量的影响具体体现在电压偏差、电力谐波等影响。

1.1 谐波和间谐波问题

谐波指的是电流或者电压中含有的频率就是基波频率整倍数的分量，其中大于基波频率且为整倍数的分量就是谐波。间谐波指的是那些非工频频率整倍数的谐波，一般是由非线性冲击负荷或者较大电压波动造成的，比如：异步电机、电焊机、变频调速装置等都是间谐波。微型电网的谐波和间谐波都对电能质量会产生一定影响，按照国际上通用的电能质量公用电网谐波的要求，0.38 kV低压电网的谐波电压总畸变率最高不能超过5%。变流器是分布式新能源并网的谐波和简谐波主要来源，通过同步发电机、异步发电机接入电网的分布式电源产生的谐波和间谐波对电网的影响比较小，几乎可以忽略不计。但是经过逆变器接入电网的分布式电源会产生大量的谐波，这是由于电力电子元件的大量使用，增加了电力系统非线性负荷，产生了大量的谐波，谐波的介次和幅度受到发电方式的影响。

1.2 电压波动

分布式接入电源对电压波动的影响主要有以下几个方面：第一，分布式电源的关启与自然条件、政策法规、电力市场以及用户需求有关，分布式电源的不规律关启很容易导致功率输出的波动，从而影响配电网的电压波动。第二，分布式电源输出功率的变化也会造成电压波动。在电力系统中热电联产机组、供电需求变化都会影响到输出功率的变化。第三，由于分布式电源的接入，增加了电力系统短路容量，从而增加了系统电压，一定程度上削弱了区域内配电网的电压波动。

2 电能质量改善方法和微电网技术

2.1 改善电能质量的方法

改善电能质量的方法目前最普遍的就是加装快速响应的动态无功补偿装置，比如：源滤波器、静止无功补偿器和控制器等。在中低压配电网中，电压的波动和电能符合变化与短路电容相关。在短路容量一定的情况下，无功补偿是抑制电压波动最有效的方法，这种方法对风电场作用明显，将柔性交流设备运用在风电网，解决电网运行过程中存在的无功补偿以及电压稳定问题，能够提高风电场的运行效率。比如：将SVC、UPFC以及静止同步补偿器运用在风力发电站中，对电力系统中的无功过剩、电网系统短路故障、风电场风速骤变等有极大的改善。其次，安装超导储能装置也是解决分布式电源接入的电能质量问题的方法。超导储能装置是一种基于CTO的双桥结构换流装置，响应速度快，转换率高，能够独立调节有功功率和无功功率，给电力系统提供功率补偿。而且这种超导储能装置对接入点的电压比较小，补功效果更加明显。此外，公共连接短路容量比和线路X/R能有效抑制风电机组引起的电压波动和闪变现象的发生。当X/R值对应的线路阻抗角在60°～70°之间，并入网风电机组的电压波动和闪变值最小，目前常用的办法就是加装有源滤波器或者级联多电平变流器解决电力系统的电力电子开关器件产生的谐波问题。

2.2 微电网技术的应用

微电网是由微型电源和电力负荷组成的系统，能够提供电源和热量，它将发电机、负荷、电力电子装置以及各种分布式电源联合起来，通过微电网内部的控制器、协调器以及能量管理器对电网进行有效的控制。微电网技术能够协调各种分布式电源和主电网的矛盾，减少分布式能源并网对主电网的影响，从而提高电力系统的运行效率和可靠性。微电网中一般设置了储能装置，增加了电力系统的惯性，提高了电源对电力负荷阶跃变化的响应速度，降低了频率和电压波动的影响。

3 在智能微电网框架下电能质量的研究方向

大规模分布式电源接入形成的微电网引起了很多问题，随着传统电网逐渐向智能电网发展，为微电网的智能化发展提供了发展的契机。智能微电网具有智能电网的集成、互动、优化和自愈等优势，在智能微电网框架下分布式电源微电网的电能质量还需要解决3个问题：第一，协调控制技术。电力系统的电能是瞬间平衡的，智能微电网同样如此，多个微电源之间如何进行协调控制，保持电网的稳定性和可靠性，減小微电网对主电网的影响。Agent系统具有响应力、自愈性和自发性；MAS系统具有灵活分区、无功补偿装置定值自动修改等作用，能够有效地解决微电网这一难题。第二，分布式储能技术。微电网不仅要为电力用户提供优质的电能，而且还要将分布式发电和储能系统组成的微电网接入到电力主网中，电力用户能够从当地的微电网和主电网中同时获得电力功率，排除电网中的干扰，从而确保电能质量。第三，直流微电网。与交流微电网相比，直流微电网需要使用专用的直流输电线路，各个直流微电网比较容易协调控制，只要在为微电网与主电网之间设置一个逆变器，就能减少无功功率带来的电力损耗，装置能够对直流微电网的电源和电力负荷进行补偿。

4 结语

随着科学技术的进步以及电网的快速发展，分布式新能源的应用越来越广。尤其是以风电和光伏太阳能发电技术近年来发展迅速，与电网结合在一起，形成了一个高度灵活的电力网络，提高了电网的稳定性和安全性，但是分布式电源的接入严重影响了电能的质量。因此，还需要对分布式新能源并网进一步的分析和研究。

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