微电网中的电能质量问题浅析及改进

袁浩 周平

摘 要：本文简单介绍了微电网的定义特性及其电能质量问题，分析归纳微电网电能质量问题的种类特点及产生原因，并对微电网并网后的电能质量改善提出了建议。

关键词：微电网;电能质量;改进方法

一、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。

二、微电网

微电网（Micro-Grid）也译为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。同时微电网也是大电网的有力补充，是智能电网领域的重要组成部分，在工商业区域、城市片区及偏远地区有广泛的应用前景。随着微电网关键技术研发进度加快，预计微电网将进入快速发展阶段。

三、微电网中的电能质量问题

结合微电网的定义以及目前典型的微电网架构可以看出，微电网内包含大量微电源，微电网的电压等级一般较低，且内部电源与负荷种类繁多，因此其网内的功率因数、谐波含有率、三相电压不平衡度等电能质量指标可能会不满足要求。

第一，随着微电网研究的深入和应用范围的扩大，微电网中微电源的种类越来越多，数量也越来越大，微电网中出现许多由于微电源自身特殊性质而引发的电能质量问题。如PV光伏发电装置会引起电压波动和谐波污染;感应电动机形式的风力发电机并网和解网时伴随的冲击电流会带来电压跌落问题，风速变化造成有功输出的波动，可能引发电压闪变;燃料电池式的微电源可能导致的电能质量问题则包括谐波污染和偏低的功率因数;同步机式的微电源可能带来频率波动问题和电压闪变问题，还有可能恶化接地故障引发电压跌落的危害程度和范围。

第二，分布式发电系统的原动机部分往往存在间歇性，由此造成的频繁启停和功率波动会在配电网中造成明显的电压波动。而且分布式发电装置的功率一般较小，在配电网中电压变化时，敏感的分布式电源可能进一步恶化电压问题。

第三，分布式发电装置中广泛采用变流器作为接入电网的设备"，变流器并网依赖复杂的开关动作可能导致配电网中的谐波污染。如果变流器与电源的原动机特性协调不当还可能成为电网中明显的谐波源和电压扰动源。

第四，分布式发电系统常常是单相的，接入配电网后虽然可以发挥补偿负载三相不平衡的作用，但若协调不当，反而会恶化原有的三相不平衡问题。而且分布式发电系统因为可以灵活控制其自身的功率输出，因而被认为能够协助解决配电网中的电压波动、闪变、暂降、谐波畸变问题，但是同样也可能恶化这些问题。

总的来说，微电网环境下电能质量问题可以按照频率的不同分为工频电能质量问题和谐波问题两大类。前者包括三相不平衡、电压波动、闪变、电压暂降，后者则主要为电压和电流的谐波畸变。工频电能质量问题主要是因为微电网及所在配电网中出现功率不平衡而产生，微电网环境下有功功率不平衡表现的更为突出。

四、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）装设无源或有源诺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

在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，它的短路容量很小，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;将分布式电源接人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壓的平方成反比。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。

五、结束语

微电网的特殊结构和运行特点，使得微电网较传统电网有了更多新的电能质量问题。传统电网中的电能质量控制器由于可以复用微电网中微电源的电力电子转换器，从而节约微电网的建设投资成本，因此在微电网中有较大的应用潜力，可将部分传统电网中的研究成果移植至微电网中。优化分布式电源的接入变流器及其控制策略，可以提高分布式电源的输出电能质量，减轻分布式电源对微电网电能质量的影响。

参考文献：

[1]、李略伟，事水照，孙景钉，金强，李旭光.基于逆变型分布式电源控制策略的微电网电能质量控制方法[J]. 电网技术，2010.

[2]、微电网电能质量特点及有源滤波补偿方式方式研究综述[J].湖南电力，2009.

作者简介：

袁浩（1998-），男，江苏南通人，江苏大学本科在读，研究方向：电力工程及其自动化。