分布式电源对配电网电能质量的影响及其改善研究

查战虎

（国网岚皋县供电公司，陕西 岚皋 725400）

1 分布式电源对配电网电能质量的影响

分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至几十兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效且可靠的发电单元。分布式发电对电力系统和用户来说用途较多，可承担系统的基本负荷，还可实现热电联产，同时为用户提供电能和热能。对于电力系统的运行，分布式发电还起到电压自动调节、系统稳定、电气设备热起动以及旋转动能贮备的作用。分布式发电结构如图1所示。

图1 分布式发电

分布式电源输出功率较常规电厂低，通常为2～500 kW，其体积很小，很容易就能找到适合位置。在偏远贫困地区，通过安装小容量分布式电源充分利用本地能源或者就地发电方式为当地居民供电，具有投资少、建设周期短等特点。分布式电源具有灵活负载调整功能，在启动过程中仅需要数秒，输出功率可以根据小时进行调整。因此，分布式电源在经营上也是非常灵活。另外，分布式电源可以作为后备电源，向需要不间断供电的客户提供电力，保证供电可靠性，降低电费开支。同时，分布式电源在大电网中的接入和切断相对自主，电网出现故障时利用断路设备将分布式电源从电网中分离出来，分布式电源可以独立地为用户提供电力[1-4]。但是，分布式电源对配电网电能质量存在一定影响，具体如下。

1.1 分布式电源对系统安全和可靠性的影响

采用分布式供电方式能有效解决电力系统中过载、阻塞问题，并能有效改善电力系统的传输容量。通过合理分配供电配置和调整电压，对改善电力系统可靠性具有重要意义。如果出现故障，分布式电力不仅无法提供电压支持，还会加剧电力供应的下降，造成设备受损及电力供应中断。当系统出现故障时，部分分布电源燃料供应或者分配辅助设备会被切断，而分布式电源将会在同一时间停止运行，从而不能提高电力可靠性。同时，如果配电网络和分布式电源之间的继电保护工作不到位，会造成继电保护失效，从而影响到整个系统的安全性。此外，配电网络安装位置、容量、连接方式等因素也会影响其安全性[5]。

1.2 分布式电源对系统潮流和网络损耗的影响

配电网中的负荷近旁接入分布式电源系统后，整个配电网的负荷分布将发生变化。采用分布式电源减少配电网中的全部线路损失，分布式电源的加入会使配电网络中部分线路损失增大，但整体输电线损失会减少。因此，根据分布电源位置、负荷量相对尺寸和网络拓扑结构等因素，分布电源引入会增加或减少系统损失[6]。此外，如果现场网络中的环境光照和光线强度条件变化剧烈且导致并网系统控制器的网络性能不好，那么会直接导致并联各网点的网络电压发生波动。

1.3 分布式电源对电能质量的影响

1.3.1 闪光电压

若发生以下情形，分布式电源将会直接或间接导致电压闪烁：分布式电源系统启动；产量急剧变动或大幅变动；分布式电源与反馈段电压控制装置彼此作用。当前所采取措施为要求分布式电源所有者减少分布式电源启动次数，并将分布式电源经由逆变器连接到配电网，从而降低分布式电源输出[7-10]。

1.3.2 和 谐

以下情形中分布式电源会产生谐波：分布式电源自身为谐波源；分布式电源通过功率电子技术将其与配电网络连接。有学者深入研究了大容量配电系统引进分布式电源后，对某些主要母线谐波电压等级进行探讨，建议采用专用滤波器进行谐波电压控制。研究光伏（Photovoltaic，PV）型电力系统多功能逆变器控制方案，即将并联式有源滤波技术引入PV型电力系统，并通过引入基准最大功率点追踪控制技术实现电源稳压器的电流稳定输出，达到抑制谐波电压的目的。另外，可在分布式电力系统中增加存储设备，解决如电压脉冲、冲击、电压跌落以及瞬间电源中断等动态能量质量问题。

1.4 分布式电源对继电保护影响

配电网络中有大量继电保护设备，无法进行大规模改造。分布功率较大时，存在多个功率失衡现象，因此保护设备应具备指向性。在配电系统负载能力由低至高逐步上升，接近于总负载能力某个数值时，配电系统网络损耗会逐步下降，直至达到峰值，再由高至低。另外，将分散电力系统分成2部分，可以进一步降低系统损失。当分布式电源容量相同时，在原有电网电压下降最大的地方安装分布式电源对配电网络的电压支持效果会更好。

2 分布式电源对配电网电能质量的改善研究

2.1 提高供电网络电压品质

首先，将分布式供电装置设置在离电网较近地方，使有功供电可以就近供电，而且可以很容易地对电网进行无功补偿，从而大大降低电网损耗。由于配电系统存在，使得配电系统短路容量增加，从而在一定程度上抑制或减弱配电网络中由于负载波动而产生电压波动。其次，并网变流器具有灵活性，通过合理控制，可以对接入点电压进行有效控制，相当于将其合并到STATCOM中。通过对并网变流器进行控制，既可以实现电力转移，又可以在一定程度上提高配电网络电压品质。最后，许多分布式电源在接入电网时都会安装相应补偿设备，以解决由于电力系统投入而造成的电力品质问题。

2.2 提高系统可靠性

分布式电源因其容量小、分布位置分散、控制灵活，在合理控制下可以快速完成投切，从而实现紧急、后备功能，提高系统可靠性。配电网络出现故障后，该系统可以作为备用电源，一定控制条件下可在最短时间内启动，减小停电范围，缩短停电时间，提高系统稳定性。

2.3 反相分布供电电压控制

旋转式分布式电源虽然有一定稳定性，但在并网前后，其输入点处的电压波动很大，对用户供电质量和供电安全性造成一定影响。与传统旋转分布式电源相比，逆变分布式电源具有更大优越性。一方面，同样容量逆变型分布式电源对并网后并网节点的电压影响很小，而且不会对并网后并网电压产生一定影响。另一方面，没有太多考虑到短路电流，造成整体保护结构变化。采用定功率逆变型分布式电源，仍然无法消除配电网络中电压波动，从而影响到电力系统供电质量。只要采用合理控制策略，就能够在一定程度上对近点处电压进行控制，而不会出现电力不稳定、电能质量不高问题。

2.4 电能质量复合控制的实现

2.4.1 电力分配控制

在配电系统中，当多个分布式电源并网时，往往采用下垂式控制，即模拟常规电力系统中发电机的工作特性，根据其输出功率变化，对电压源输出电压和频率进行自动调节，这要求分布式电源具备能量存储装置。在逆变器并联技术中，采用下垂控制方式，即当分布式电源都是由逆变器与大电网相连，而每个分布式电源在孤岛状态下工作时，逆变器并联。

2.4.2 无功和谐波探测技术

在此基础上，提出基于瞬时无功原理的谐波检测技术，它可以对谐波电流进行精确而迅速的检测。现有有源滤波器中的谐波、无功电流检测主要是建立在瞬间无功功率理论基础上，由此导出有源滤波器谐波、无功电流探测。

2.4.3 调频功率分布

通过将配电系统的容量余量等效为有源滤波器，以降低电网谐波。多台逆变器在没有互联线路的情况下，因各逆变器本身容量和阻抗差异，难以精确测量与实现对各逆变器功率分布的理想控制。通过引入虚阻抗，可使逆变电路输出阻抗不再依赖于滤波器、传输线路物理参量，从而极大程度上降低物理阻抗等因素对功率分布的影响，改善功率分布控制效果。

2.4.4 合成控制信号生成

由于电力系统特点和控制方法相似，都需要检测并产生指令电流，所以可以考虑将二者产生的指令电流进行叠加。分布式电源在向外传输电能的同时，可以利用其剩余容量对由非线性合成产生的谐波电流进行补偿。分布式电源的符合控制如图2所示。

图2 分布式电源的复合控制

3 结 论

分布式电源并网将直接影响到电力系统电能质量、系统稳定性、继电保护、供电可靠性。对此，应根据分布式电源特性对分布式电源接入后系统的潮流分析、稳定分析、短路分析等进行深入研究，为解决电力系统技术难题、推动电力系统推广应用奠定基础。