配電和微網(wǎng)中電能質(zhì)量新問題的研究

崔俊海

（內(nèi)蒙古烏蘭察布電業(yè)局集寧供電分局，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

通過微網(wǎng)能方便的供電和供能，是一種新型的電能網(wǎng)絡(luò)化供應(yīng)與管理的技術(shù)，這種技術(shù)的應(yīng)用有利于能源的接入和分配，進(jìn)而實現(xiàn)能源的最大化利用。微網(wǎng)系統(tǒng)在輔助設(shè)備的輔助下，向用戶供能，還可以支持大電網(wǎng)，所以還能起到輔助大電網(wǎng)的作用。有關(guān)研究證實：微電網(wǎng)具有分布式發(fā)電電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)；可以作為獨(dú)立模塊運(yùn)行，不會對大電網(wǎng)產(chǎn)生較大影響，大電網(wǎng)也無需進(jìn)行改動；可以靈活的實現(xiàn)微網(wǎng)的開關(guān)；有效的輔助上級供電?？梢钥闯鑫㈦娋W(wǎng)可以有效輔助對大電網(wǎng)，應(yīng)用價值較大。但是，微電網(wǎng)也會對大電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，主要表現(xiàn)為：開關(guān)微電網(wǎng)會對電網(wǎng)電壓產(chǎn)生影響；還會對大電網(wǎng)的三相電產(chǎn)生影響；微電網(wǎng)容易產(chǎn)生諧波，會給電網(wǎng)帶來諧波污染。

1 微電網(wǎng)存在的電能質(zhì)量問題

1.1 微網(wǎng)中電源對電能質(zhì)量的影響

微網(wǎng)中的電源都是分布式電源，其和傳統(tǒng)的電源是不同的。這種形式的電源在規(guī)模小，容易受到影響。目前常用的微網(wǎng)電源有風(fēng)力發(fā)電、燃料電池以及光伏發(fā)電等，但是這幾種形式的電源都存在受外界自然環(huán)境影響的問題，進(jìn)而給電網(wǎng)的電能帶來影響，使得有微網(wǎng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)和閃爍的現(xiàn)象。

1.2 微網(wǎng)運(yùn)行模式對電能質(zhì)量的影響

目前微網(wǎng)的運(yùn)行模式主要采用以下兩種方式，第一種，把微網(wǎng)和配電網(wǎng)鏈接起來運(yùn)行；第二種，微網(wǎng)檢測到配電網(wǎng)絡(luò)的故障或者電能質(zhì)量問題后，自動斷開與配電網(wǎng)的鏈接，獨(dú)立運(yùn)行；第一種稱為聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行模式，第二種稱為孤島運(yùn)行模式。配電網(wǎng)發(fā)生故障，微網(wǎng)進(jìn)入孤島運(yùn)行模式。在這個過程中，實現(xiàn)電能質(zhì)量的無縫過度和不間斷的電能供電是非常重要的。利用智能化配電技術(shù)，微網(wǎng)在孤島運(yùn)行情況下，運(yùn)用負(fù)荷控制器和微發(fā)電控制器可以保證有足夠的電能維持系統(tǒng)運(yùn)行。微網(wǎng)在孤島運(yùn)行時，對電壓和頻率的控制是個難題。這也就影響到電能的質(zhì)量，傳統(tǒng)配電系統(tǒng)應(yīng)用下垂方式。但是在微網(wǎng)中，因為有功功率和無功功率之間的強(qiáng)耦合關(guān)系，這個方法不能被直接的執(zhí)行。

1.3 配電網(wǎng)與微電網(wǎng)系統(tǒng)交互對電能質(zhì)量的影響

配電電網(wǎng)中，隨著時間的推移無功電荷和有功電荷會導(dǎo)致電壓的變化，而且越是到了電網(wǎng)末端，電壓波動也越大，如果這些負(fù)荷都聚集在電網(wǎng)末端，電壓變化更大。配電網(wǎng)中的電壓和微網(wǎng)中的電壓不同，其呈輻射狀，并沿饋線潮流方向逐漸降低。而微網(wǎng)系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，在配電網(wǎng)末端，因為饋線的上傳輸功率減小以及微電網(wǎng)的輸出無功支撐，從而使得電壓逐漸升高。微網(wǎng)中分布式發(fā)電對接入配電網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓的影響有兩種形式：第一中形式是微網(wǎng)中電源和配電網(wǎng)中的負(fù)荷協(xié)調(diào)運(yùn)行。第二種形式是微網(wǎng)中電源和配電網(wǎng)中負(fù)荷不協(xié)調(diào)運(yùn)行。

2 微網(wǎng)電能質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 功率電流雙環(huán)控制技術(shù)

微網(wǎng)中的分布式電源是利用電子逆變器和配電網(wǎng)相連的。這種逆變器的開關(guān)容易產(chǎn)生開關(guān)頻率和倍頻附近的諧波分量，進(jìn)而影響到電網(wǎng)，給用戶造成諧波污染。為了減少電子逆變器所帶來的諧波危害，可以采用級聯(lián)變流器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功率電流雙環(huán)控制方法來進(jìn)行控制，這樣可以有效降低諧波的產(chǎn)生。所以，采用級聯(lián)多電平變流器可以更好的控制微網(wǎng)的電能質(zhì)量問題。所以，可以根據(jù)這種情況設(shè)計級聯(lián)型電平變流器來鏈接微網(wǎng)和配電網(wǎng)，這樣可以節(jié)省逆變器的數(shù)量，還可以在較低開關(guān)頻率下實現(xiàn)等效電平個數(shù)多、等效開關(guān)頻率高的效果，同時還能獲得更好的電能。

2.2 靜止無功補(bǔ)償器調(diào)壓技術(shù)

靜止無功補(bǔ)償器的應(yīng)用技術(shù)，其可以有效的對微網(wǎng)電壓進(jìn)行控制，同時提升電壓的動態(tài)和靜態(tài)的穩(wěn)定性，并限制瞬時電壓。其最主要的作用就是從電網(wǎng)中吸收或輸送持續(xù)的無功功率，進(jìn)而保證連接點(diǎn)的電壓的穩(wěn)定，這對于電網(wǎng)無功功率的穩(wěn)定非常有利。靜止無功補(bǔ)償器有多種。微網(wǎng)中分布式電源影響電壓，而且在分布式電源的鏈接處電壓影響更大，所以把靜止無功補(bǔ)償器應(yīng)用到分布式電源的節(jié)點(diǎn)處，根據(jù)分布式電源的入網(wǎng)情況來進(jìn)行電壓的調(diào)整，可以獲得較好的效果。接入配電網(wǎng)的分布式電源可以通過不同的饋線，利用靜止無功補(bǔ)償器后可以電壓下降，進(jìn)而使得饋線電壓也下降。當(dāng)分布式電源不工作時，饋線電壓下降較大，饋線電壓幾乎接近最低值，這時利用靜止無功補(bǔ)償器進(jìn)行調(diào)壓，可以確保電壓的穩(wěn)定，進(jìn)而有效保障電能質(zhì)量。

2.3 超級電容儲能技術(shù)

超級電容是一種新型的儲能元器件。它的特點(diǎn)是容量大、作溫度范圍廣、快速充放電、循環(huán)壽命長、無污染、零排放等。微網(wǎng)為了滿足用電的需要，所以要保證供電電能的質(zhì)量，確保電壓、供電頻率、畸形波等的范圍。利用逆變器可以對超級電容儲能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而給用戶電網(wǎng)中提供無功及有功，以達(dá)到電能效率提升的目的。超級電容的獨(dú)特特點(diǎn)決定了其可以快速吸收和釋放電能，這樣其應(yīng)用到微網(wǎng)中，可以有效解決微網(wǎng)系統(tǒng)中的態(tài)問題，例如，停電、電壓的不穩(wěn)定，系統(tǒng)故障等等。這時候超級電容就派上了大的用場，可以快速的緩解微網(wǎng)中的電能問題。

以上分析可以看出，超級電容對于微網(wǎng)的電能質(zhì)量管理非常適用，特別是對外穩(wěn)定微網(wǎng)狀態(tài)非常有效。超級電容可以使得微網(wǎng)從不穩(wěn)定快速的過度到穩(wěn)定狀態(tài)，保證了微網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

2.4 發(fā)電并網(wǎng)逆變器濾波技術(shù)

重復(fù)控制技術(shù)的研究越來越深入，在配電和微網(wǎng)逆變器控制中，利用重復(fù)控制技術(shù)來消除諧波、添加諧波、無功補(bǔ)償指令構(gòu)造的多功能并網(wǎng)逆變器，無互聯(lián)的、可自動追蹤配電網(wǎng)功率分配的逆變器控制器等構(gòu)成含分布式發(fā)電單元的配電網(wǎng)電能質(zhì)量主動管理的主要內(nèi)容。

2.5 微電網(wǎng)與配網(wǎng)動態(tài)無功發(fā)生器聯(lián)合運(yùn)行的無功電壓調(diào)節(jié)技術(shù)

配電網(wǎng)因為受非線性、沖擊性和不平衡負(fù)荷的影響越來越多，而且諧波污染，電壓不穩(wěn)等等都給電能質(zhì)量帶來了巨大挑戰(zhàn)，也給用戶帶來了不利影響。配電網(wǎng)動態(tài)無功發(fā)生器可以解決上述配電網(wǎng)中遇到的問題。而微網(wǎng)作為配電網(wǎng)的一種輔助設(shè)備系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是靈活、環(huán)保和高效。而且微網(wǎng)還具有有功與無功分級可調(diào)、功率響應(yīng)積極等優(yōu)點(diǎn)，配電網(wǎng)中接入微網(wǎng)是進(jìn)入電網(wǎng)供電發(fā)展的趨勢。這種兩網(wǎng)相接的模式，改變了過去集中供電的形式。但是微網(wǎng)因為其特殊的電源分布形式和電子設(shè)備的使用，以及單相電設(shè)備，這使得兩網(wǎng)相接時的電能質(zhì)量并不理想，而且微網(wǎng)多在配電網(wǎng)的末端，微網(wǎng)孤島模式的切換等都會帶來電壓的較大變化，從而導(dǎo)致兩網(wǎng)合并并不容易。配電網(wǎng)動態(tài)無功發(fā)生器和微電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行的無功電壓協(xié)同控制系統(tǒng)，可以在不影響微網(wǎng)的情況下，把微網(wǎng)當(dāng)成一個補(bǔ)償系統(tǒng)，并根據(jù)微網(wǎng)容量進(jìn)行分級，進(jìn)而形成一個大的決策系統(tǒng)，從而保證接入點(diǎn)的電壓穩(wěn)定。這樣發(fā)揮了微網(wǎng)的優(yōu)勢，也發(fā)揮了配電網(wǎng)動態(tài)無功發(fā)生器穩(wěn)定微網(wǎng)的的作用，進(jìn)而可以提供高質(zhì)量的電能。

結(jié)語

微網(wǎng)中電能質(zhì)量問題得不到有效的解決，那么微網(wǎng)和配電網(wǎng)的鏈接有不能更好的開展，所以，微網(wǎng)運(yùn)行控制和微網(wǎng)及含微網(wǎng)電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析與控制是微網(wǎng)研究的關(guān)鍵技術(shù)，為微網(wǎng)應(yīng)用于實際和大規(guī)模微網(wǎng)接入電網(wǎng)提供理論參考和技術(shù)支持。

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