分布式電源對配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響

張世豪

摘 要：隨著用戶對供電質(zhì)量和安全性的要求越來越高，分布式電源對配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響越來越受到人們的重視。介紹了電壓偏差、電壓波動、電壓閃變、電壓暫降四種配電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)，研究了分布式電源對電壓質(zhì)量的影響，總結(jié)了分布式電源引起配網(wǎng)供電電壓波動的主要原因，提出了改善電壓質(zhì)量的措施。

關(guān)鍵詞：相對電壓變化率；無功補償；動態(tài)電壓恢復(fù)器；電網(wǎng)

中圖分類號：TM711 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.138

分布式電源與主網(wǎng)結(jié)合發(fā)電能節(jié)省投資、降低能耗，被認為是電網(wǎng)發(fā)展的主要方向之一。但分布式電源發(fā)電功率具有較大的隨機波動性，對配網(wǎng)供電電能質(zhì)量造成了一定的影響。因此，研究分布式電源并網(wǎng)對供電電壓質(zhì)量的影響具有重要的意義。本文分析了配電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)以及分布式電源對電壓質(zhì)量的作用機理，提出了改善電壓質(zhì)量的治理措施，為分布式電源并入電網(wǎng)提供了理論支撐。

1 配電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)

1.1 電壓偏差

電壓偏差是指配網(wǎng)某處的實際電壓與額定電壓的差值。當(dāng)電網(wǎng)中的負荷發(fā)生變化時，配網(wǎng)中將出現(xiàn)電壓偏差，其表達式如下：

式（1）中：U為實際電壓；UN為額定電壓。

配網(wǎng)三相供電電壓偏差一般在±7%范圍內(nèi)。

1.2 電壓波動

電壓波動是指配網(wǎng)電壓有效值發(fā)生的變動或改變，通常在電網(wǎng)有波動負荷時電壓會發(fā)生波動。其計算方法一般為有效值相鄰最大值、最小值之差與額定電壓的比值，表達式如下：

式（2）中：Umax為電壓有效值的最大值；Umin為電壓有效值的最小值。

35 kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)對電壓波動的允許值在1.25%～4%的范圍內(nèi)波動。

1.3 電壓閃變

電壓閃變是指當(dāng)電壓閃變到一定程度時，人感受到燈光亮度的變化。電壓閃變實際上是低頻的非整數(shù)次的電壓波動所造成的，會使用戶的電動機轉(zhuǎn)速不規(guī)律變化，對電機有一定的損害；造成照明燈泡閃爍，導(dǎo)致人的視覺感受變差；對于電壓穩(wěn)定性要求較高的工業(yè)，出現(xiàn)電壓閃變會造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。

1.4 電壓暫降

電壓暫降是指電壓有效值在短時間內(nèi)快速下降，并持續(xù)0.5～30個工頻周波的時間。

2 分布式電源對電壓質(zhì)量的影響

基于分布式電源具有的特性，其發(fā)電不穩(wěn)定，在環(huán)境變化時可能會改變起停狀態(tài)。分布式電源接入配網(wǎng)后，會對上述電壓指標(biāo)造成多種影響。在分布式電源發(fā)生發(fā)電波動、接入主網(wǎng)、與主網(wǎng)斷開等情況時，必將對配網(wǎng)造成一定的干擾，配電網(wǎng)的供電電壓質(zhì)量會下降。同時，分布式電源的接入也會增加配網(wǎng)的短路容量，增大電壓強度，進而對控制區(qū)域配網(wǎng)電壓波動造成影響。

2.1 相對電壓變化率

電網(wǎng)中的電壓分布與潮流有關(guān)。當(dāng)注入功率和負荷發(fā)生變化時，電網(wǎng)各節(jié)點會出現(xiàn)電壓質(zhì)量下降的情況。分布式電源影響電壓質(zhì)量的主要原因為其發(fā)電功率的波動。分布式電源的發(fā)電功率發(fā)生變化時，會導(dǎo)致線路電流發(fā)生變化，相對電壓變化率的計算公式如下：

式（3）中：△Sn為分布式電源注入功率的變化量；φ為分布式電源接入點的電網(wǎng)阻抗角；θ為分布式電源的功率因數(shù)角；SK為分布式電源接入點的短路容量。

由此可見，分布式電源對供電電壓的影響因素主要包括3個：①分布式電源注入功率的變化量△Sn；②分布式電源的功率因數(shù)；③分布式電源接入點的短路容量SK.

2.2 抑制電壓波動

電力系統(tǒng)的短路容量越大，則電網(wǎng)越強。接入分布式電源后，配網(wǎng)系統(tǒng)的短路容量發(fā)生了改變，在出現(xiàn)沖擊性負荷投切或故障時，與常規(guī)配網(wǎng)相比，其電壓變化程度將會被抑制或削弱。

3 電壓質(zhì)量的治理措施

接入分布式電源后，其注入功率的變化會導(dǎo)致配網(wǎng)電壓質(zhì)量的下降。以異步風(fēng)機為例，其并入配網(wǎng)后，吸收無功功率的過程加大了電網(wǎng)的擾動和增大了電壓變化率。針對分布式電源引起的電壓質(zhì)量下降的情況，本文提出了以下解決措施：①對于異步風(fēng)機，由于其不產(chǎn)生無功功率，因此，對其進行無功補償可有效改善配網(wǎng)電壓的質(zhì)量；②分布式電源有功功率的波動會導(dǎo)致配網(wǎng)波動，而使用動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）進行無功功率補償和瞬時的有功功率補償能補償電壓跌落或抵消電壓浪涌；③運用多種儲能手段，包括蓄電池、超級電容器、飛輪等形式，穩(wěn)定分布式電源的發(fā)電量可對穩(wěn)定電壓有積極作用。

4 結(jié)束語

本文介紹了4種配電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)，討論了分布式電源對電壓質(zhì)量的作用機理。研究發(fā)現(xiàn)，分布式電源對供電電壓質(zhì)量的沖擊與分布式電源注入功率的變化量、分布式電源的功率因數(shù)、分布式電源接入點的短路容量等相關(guān)，接入分布提升電源的剛性率，即在出現(xiàn)沖擊性負荷投切或故障時，可抑制或削弱電壓波動。此外，還提出了進而無功補償、使用動態(tài)電壓恢復(fù)器、運用多種儲能手段等建議，以期為提升配網(wǎng)電壓質(zhì)量貢獻力量。

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〔編輯：張思楠〕