分布式电源接入对电能质量影响的分析

孙振 蒋天赐

摘要：分布式电源是电力系统的重要研究和发展方向，其接入配电网会使配电系统中的潮流发生变化，对电力系统产生广泛的影响，其中电能质量问题是分布式电源接入配电网后不可回避的问题，电能质量对电网的稳定运行和用户设备的安全使用都至关重要。本文主要就分布式电源接入电网对电能质量的影响方面进行分析，给出相应的应对措施。

关键词：分布式电源；电能质量；影响

1.引言

进入21世纪以来，一方面，全球对石油、天然气等能源需求的日益上涨，非再生能源储量却逐渐减少，能源供应安全成为许多国家需要面对的问题。另一方面，随着社会经济的不断发展，能源消耗不断增加，由此导致的空气质量下降等环境污染问题愈加严重。与此同时，世界范围内出现的电力危机、大范围停电事故的发生，也暴露出现有“集中发电”的电力系统在安全和可靠性方面存在的不足之处。分布式电源（Distributed Generation，DG）以其投资小、清洁环保、供电可靠和发电方式灵活等优点日益成为人们研究的热点。

分布式电源通常接入中压或低压配电系统中，使电力系统的潮流发生变化，对配电系统产生深刻的影响[1]。传统的配电系统是把电网传输的电能分配到终端用户，而以后的配电系统则有可能成为一种功率交换媒介，即它能在收集电力的同时分配它们，并将它们传送到任何需要的地方。因此，将来这种系统不再是一个简单的“配电系统”，而是一个复杂的“电力交换系统”。分布式电源具有分散性和间歇性等特点，大量分布式电源的接入，将对配电网的电能质量、安全稳定运行、继电保护等方面产生很大的影响，现在这方面的研究也越来越多。

2.分布式发电的优势

分布式发电与大电网具有良好的互补性，可以弥补传统大电网存在的一些缺陷，并以其优良的环保性能，提高了可再生能源的利用率，是目前世界电力系统发展的热点之一。与常规的集中供电方式相比，分布式发电和集中供电相结合具有更加广泛的应用前景，分布式发电的优点在于：

（1）有利于环境保护。分布式发电多采用太阳能、风能、潮汐能等清洁的可再生能源，在不消耗煤炭等有限的化石资源情况下，可以有效地减少有害物质的排放，对资源和环境保护带来巨大的益处。

（2）投资小，建设周期短。一般分布式电源的装机容量较小，距离负荷较近，不需要建设额外的变配电站，建设所用周期短，总体投资小，在避免投资风险过大的同时，又能够很快建成以满足负荷发展需求。

（3）提高电网的经济性和可靠性。在削峰填谷、平衡负荷方面，分布式发电可以发挥重要作用，使现有发输电设施的利用率大大提高，从而提高了电网的经济性。此外，分布式发电还可以作为备用电源为高峰负荷提供电力，具有启动和停运快速、操作简单、负荷调节灵活的特点，与大电网配合，弥补其安全稳定性方面的不足，在电网崩溃和意外灾害情况下也可维持重要用户的供电，大大提高了供电可靠性。

3.分布式电源接入配电网对电能质量的影响

电能质量描述的是供给负载的电能的质量，它是一套影响电力系统正常功能的电气性能的指标。电能质量差，电气设备（或负载）就可能发生故障。电能质量可以用若干指标参数衡量，其内容包括电压波动、电压偏差、电力谐波、三相不平衡、暂时或瞬态过电压以及供电连续性等。本文主要对分布式电源接入电网后，从电压波动、电压偏差、电力谐波三个方面分析分布式电源接入电网对电能质量的影响。

一、分布式电源接入与电网电压波动

电压波动的定义为电压均方根值（有效值）的快速变动。电压波动也称为电压快速变动或电压动态变动，在配电系统运行中，电压波动现象有可能多次出现，变化过程可能是规则的、或者不规则的。电压波动一般用相对电压变动量来描述，电压波动值为一系列电压均方根值变化中的相邻两个极值之差与标称电压的相对百分数，其大小值可以用下式计算得出。

（1）

式（1）中的大小作为电压波动的量度。国标《电能质量电压波动和闪变》（GB/T 12326-2008）规定35kV及以下电压等级的允许电压波动范围为：1.25%-4%。电网的电压分布受电网潮流的影响，分布式电源输出功率的波动是引起电压波动的根本原因，分布式电源的接入使电网中的功率发生变化，从而引起母线节点电压的变化[2]。

要想抑制分布式电源接入点的电压波动，可以考虑的思路有：优化网络结构，增大系统短路容量；减少供电线路阻抗；采用储能设备抑制有功功率波动；应用动态无功补偿装置减少无功功率传递。

二、分布式电源接入与电网电压偏差

电压偏差一般用百分数的形式表示，其定义是供电系统在正常运行条件下，某一节点的实际电压与系统额定电压之差相对与系统额定电压的比值，称为该节点的电压偏差。计算公式如下。

（2）

其中为电压偏差，为实际电压值，为系统额定电压值。

分布式电源接入配电网后，导致配电网在结构上发生变化，也影响到电力系统的潮流，潮流的变化引起配电线路中有功功率、无功功率大小甚至方向的变化，进而影响配电网中的电压分布[3]。在实际情况下，分布式电源接入配电网的位置不同，也会对电网电压分布产生不同的影响。

为抑制电压偏差，可采取下列措施：调整电源电压；改变输电网络的阻抗参数；调整变压器变比；进行无功功率补偿。

三、分布式电源接入电网的谐波

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，而基波是指其频率与工频（50Hz）相同的分量。在频域分析中，将畸变的周期性电压和电流分解成傅里叶级数。

（3）

（4）

式中为谐波次数，为基波的角频率，、分别為第次谐波电压和电流的均方根值，、分别为第次谐波电压和电流的初相角，为谐波最高次数。

以电流为例，次谐波电流含有率用（Harmonic Ratio for）表示

（5）

式中，为第谐波电流有效值，为基波电流有效值。

谐波降低了系统的电能质量，严重地威胁系统和用电设备的安全运行。为了保证电力系统的电能质量，就要对分布式电源产生的谐波进行抑制或消除，防止分布式电源注入电网的谐波超出标准[4]。抑制谐波的主要思路有两种：一是对谐波源产生的谐波进行抑制，在谐波源附近就地吸收或抵消产生的谐波；二是考虑到分布式电源建设和并网运行时的重要组成部分，可以对并网的分布式电源本身及其并网接口进行优化设计，使其不产生谐波或产生的谐波在相关标准范围内。

4 结语

近年来，我国坚强智能电网建设成果显著，

特高压直流输电，柔性直流输电技术都达到了世界先进水平。传统大电网的稳定性不断提高，抗风险能力显著增强。但大电网快速发展所带来的安全性问题是不容忽视的，电力系统呈现出由集中供电模式向集中和分散相结合的供电模式方向发展的趋势，必须合理调整供电结构，将分布式供电和集中式供电有效地结合起来，建设更加安全稳定的电力系统。分布式电源接入电网的问题，涉及的方面有很多，既与分布式电源本身的原理和特性相关，又与分布式电源和电网间的相互作用有关，随着分布式发电技术的发展和智能电网的建设，目前分布式电源接入电网遇到的若干问题，也会在接下来技术的发展中逐步得到解决。

参考文献：

[1]易桂平，胡仁杰. 分布式电源接入电网的电能质量问题研究综述[J]. 电网与清洁能源，2015，31（1）：38-46.

[2]谢海波，武小梅，林翔，等. 含分布式电源的配电网无功优化研究综述[J]. 广东电力，2017，30（2）：102-109.

[3]何昌奇，邵龙，高杨，等. 分布式电源并网后对电压分布影响的研究[J]. 中国电力，2014，47（5）：88-91.

[4]陈玉玺. 分布式电源谐波对配电网的影响研究[D]. 北京交通大学，2016.

作者简介：

孙振（1990—），男，汉族，安徽颍上人，电气工程专业在读硕士，研究方向，电力系统及其自动化。

蒋天赐（1993—），男，汉族，安徽淮北人，本科，國网安徽电力公司临泉供电公司