分布式電源對配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響與改善

李新華

摘要：隨著人們對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的日益重視，分布式電源因具有環(huán)保高效等優(yōu)點(diǎn)而獲得快速發(fā)展。分布式電源并入配電網(wǎng)的情況越來越多，但分布式電源功率的不確定性和波動性會給配電網(wǎng)的運(yùn)行造成很大的影響。若不對分布式電源進(jìn)行合理的優(yōu)化配置，分布式電源并網(wǎng)會給配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性帶來很大的負(fù)面影響。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和高科技設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電力用戶對配電網(wǎng)運(yùn)行的電能質(zhì)量要求越來越高。因此需對分布式電源并網(wǎng)優(yōu)化進(jìn)行深入研究，以便更好地提高配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量水平。

關(guān)鍵詞：分布式電源;配網(wǎng);影響

引言

在新能源利用率不斷提高以及傳統(tǒng)配網(wǎng)供電模式急需變革的大環(huán)境下，國內(nèi)電力產(chǎn)業(yè)涌現(xiàn)出了DG技術(shù)、分布式供電技術(shù)等新技術(shù)，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)其中分布式供電模式不僅成本低、耗能少，而且對改善電力需求而言幫助較大，所以也成為了當(dāng)下與今后我國電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向。

1分布式光伏對配電網(wǎng)的影響

1.1對電能質(zhì)量的影響

分布式光伏電源并入配電網(wǎng)后對電能質(zhì)量的影響通常體現(xiàn)在諧波污染、電壓波動等方面。分布式光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電須經(jīng)過逆變器調(diào)制為交流電后才能并入配電網(wǎng)，但并網(wǎng)逆變器在高頻調(diào)制直流電過程中容易產(chǎn)生諧波，諧波經(jīng)并聯(lián)輸出后放大，存在難以預(yù)測與治理的問題。此外，分布式光伏發(fā)電極易受天氣影響，輸出功率波動較大，并網(wǎng)后將對電網(wǎng)的電壓質(zhì)量造成一定程度上的影響。隨著分布式光伏電源的大量接入，配電網(wǎng)系統(tǒng)的功能也隨之改變，由電能分配系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔苁占?、傳輸、分配于一體的信息配電網(wǎng)系統(tǒng)。解決措施：分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目在規(guī)劃階段應(yīng)設(shè)計(jì)滿足IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)要求的電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，在并網(wǎng)點(diǎn)安裝諧波抑制裝置，使得諧波電壓能夠滿足GB/T14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的相關(guān)要求。

1.2電壓跌落

倘若供電系統(tǒng)中變壓器裝置發(fā)生三相電短路的現(xiàn)象，經(jīng)過維修后技術(shù)人員可對分布式電源予以合理應(yīng)用，結(jié)合計(jì)算比例將適量的分布式電源接入配電網(wǎng)中，如此能有效提高變壓器裝置電壓，有效控制電力系統(tǒng)電壓。此外，要想確保變壓器電壓穩(wěn)定，也可采取加大分布式電源功率的手段。分布式電源主要分為同步機(jī)與逆變器兩種類型，在處理配電網(wǎng)中電壓跌落的現(xiàn)象時(shí)，則可用到逆變器分布式電源，原因在于逆變器分布式電源相較于同步機(jī)分布式電源而言，無論是電壓功率處理速度，還是信號傳輸質(zhì)量，均表現(xiàn)更好，所以在改善電壓跌落時(shí)應(yīng)當(dāng)選用逆變器分布式。而不管變壓器哪個相位發(fā)生問題，分布式電源均需要提高電壓，避免變壓器出現(xiàn)電壓跌落的現(xiàn)象，電壓輸出功率會直接影響電壓跌落的改善實(shí)效。但倘若在里利用分布式電源對變壓器電壓功率進(jìn)行提高的操作中不加以限制，極易導(dǎo)致變壓器電壓過載，其中無故障出現(xiàn)的相位電壓也會隨之提高而出現(xiàn)超出變壓器額定電壓的情況，同樣會以導(dǎo)致變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)受阻，因此在對電壓跌落進(jìn)行控制時(shí)，也要注意其上限。

1.3孤島效應(yīng)

分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后，可在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)支撐局部地區(qū)的供電。但當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障解列時(shí)，由于分布式光伏發(fā)電裝置目前尚未有較好的檢測方法，光伏發(fā)電在配電網(wǎng)解列后仍然向配電網(wǎng)供電，此時(shí)就會造成孤島效應(yīng)。分布式光伏發(fā)電對局部電網(wǎng)持續(xù)供電，但對于非計(jì)劃內(nèi)的局部區(qū)域供電將會威脅到電網(wǎng)檢修人員的人身安全。此外，局部區(qū)域供電造成的孤島電網(wǎng)與配電網(wǎng)主網(wǎng)非同步重合閘將造成操作過電壓，對設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成威脅。解決措施：研發(fā)科學(xué)有效的電網(wǎng)孤島檢測方法，孤島效應(yīng)的檢測技術(shù)可分為主動檢測方法、被動檢測方法以及故障信號監(jiān)測方法3大類。主動式孤島檢測方法通過并網(wǎng)逆變器輸出擾動功率實(shí)現(xiàn)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，逆變器輸出的擾動功率累積并觸發(fā)孤島效應(yīng)檢測裝置，從而使得孤島能夠被精確檢測。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由于電網(wǎng)的平衡作用，并網(wǎng)逆變器輸出的具有一定頻率與相位的擾動功率將無法被檢測到。但主動式的孤島檢測方法將對電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成一定影響。被動式孤島檢測方法通過檢測電網(wǎng)解列停電時(shí)并網(wǎng)逆變器輸出的電壓頻率、相位或諧波的變化來實(shí)現(xiàn)孤島效應(yīng)檢測。但當(dāng)分布式光伏輸出功率與孤島負(fù)載功率平衡時(shí)，被動式檢測方法無法檢測出孤島的存在。目前主流的孤島檢測方法是將被動式孤島檢測與主動式孤島檢測方法相結(jié)合。故障信號監(jiān)測方法主要通過電網(wǎng)側(cè)的監(jiān)控裝置在配電網(wǎng)發(fā)生故障發(fā)送控制信號實(shí)現(xiàn)，分布式光伏發(fā)電裝置接收到控制信號時(shí)停止運(yùn)行，及時(shí)切斷與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行。

2分布式電源改善策略

2.1控制電壓

相較于旋轉(zhuǎn)型的分布式電源而言，逆變型分布式電源的優(yōu)勢非常明顯，如果電容量相同，那么逆變型分布式電源對主供電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓影響并不大，盡管太陽能、風(fēng)能等可再生能源會導(dǎo)致發(fā)電量出現(xiàn)起伏不穩(wěn)的情況，但對于供電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的電壓帶來的影響非常小。然而在此情況發(fā)生時(shí)，逆變型分布式電源無法對供電系統(tǒng)內(nèi)部的電壓波動問題有效解決，所以為了改善配電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓不穩(wěn)的情況，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)推廣旋轉(zhuǎn)型分布式電源的應(yīng)用，原因在于滲透率相等的情況下旋轉(zhuǎn)型分布式電源帶來的短路電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過逆變型分布式電源，因此如果沒有外力影響的前提下，旋轉(zhuǎn)型分布式電源能明顯改善配電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。

2.2配電網(wǎng)能量輸出的優(yōu)化調(diào)度

（1）集中式調(diào)度法。智能配電網(wǎng)的主要任務(wù)便是調(diào)度大量的資源，對于傳統(tǒng)的集中式調(diào)度法而言，協(xié)調(diào)無處不在的海量分布式資源是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)，因?yàn)樗媾R著幾項(xiàng)技術(shù)難題和制度的障礙，包括：①隨著用戶數(shù)增加而顯著增加的維數(shù)導(dǎo)致的計(jì)算困難和計(jì)算成本的提高;②隨著規(guī)模增加而導(dǎo)致的區(qū)域和調(diào)度中心之間沉重的通信負(fù)擔(dān);③要以高保真度維護(hù)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)十分困難;④無法進(jìn)行區(qū)域級別的獨(dú)立操作;⑤集中式優(yōu)化算法需要知道每個消費(fèi)者的隱私細(xì)節(jié)，這使得保護(hù)消費(fèi)者隱私在信息不對稱的情況下很難實(shí)現(xiàn)[5]。（2）分布式調(diào)度法。與集中式調(diào)度法相比，分布式優(yōu)化調(diào)度只需要少量的用戶信息，更易于保護(hù)消費(fèi)者的個人隱私。此外，分布式優(yōu)化調(diào)度可以將大規(guī)模的消費(fèi)者集群模型分解成一系列的子問題，隨后這些更易進(jìn)行處理和計(jì)算的子問題模型能夠以獨(dú)立和并行的方式進(jìn)行解決，這將大大提高整個調(diào)度過程的效率。因此，分布式優(yōu)化調(diào)度策略作為一種更優(yōu)良的調(diào)度方法正逐漸被智能化的系統(tǒng)所采用。集中調(diào)度模式由上層中央能量管理系統(tǒng)和底層分布式電源、負(fù)荷等就地設(shè)備控制器組成，兩層之間要求雙向通訊。分散控制模式中，微網(wǎng)內(nèi)能量優(yōu)化的任務(wù)主要由分散的設(shè)備層控制器完成，每個設(shè)備層控制器的主要功能并不是最大化該設(shè)備的使用效率，而是與微網(wǎng)內(nèi)其他設(shè)備協(xié)同工作，以提高整個微網(wǎng)的效能。集中調(diào)度模式技術(shù)上相對成熟，目前應(yīng)用得也較為廣泛，但距離真正實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化還有很大的挖掘潛力。

結(jié)語

隨著近些年分布式電源在配網(wǎng)供電系統(tǒng)中逐步滲透，分布式電源所形成的影響也更加明顯，主要體現(xiàn)在配網(wǎng)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)損耗、電能質(zhì)量、可靠性等多個方面，而電壓質(zhì)量僅僅是其中一個較為關(guān)鍵的方面。由于電壓質(zhì)量的好壞會對民眾的生活生產(chǎn)形成直接影響，如果把控不當(dāng)有可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以針對于分布式電源對配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響，應(yīng)當(dāng)采取控制電壓、儲存電能、恢復(fù)配網(wǎng)故障等方式，改善配網(wǎng)供電的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]溫偉建.探討分布式電源對配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響及改善措施[J].通訊世界，2015（23）：118-119.

[2]楊剛，管霖，林凌雪，于力，陳恒安.分布式電源并網(wǎng)對配網(wǎng)饋線供電能力的影響分析[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2020，32（01）：13-20.