微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問題淺析及改進(jìn)

袁浩 周平

摘 要：本文簡單介紹了微電網(wǎng)的定義特性及其電能質(zhì)量問題，分析歸納微電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的種類特點(diǎn)及產(chǎn)生原因，并對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)后的電能質(zhì)量改善提出了建議。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);電能質(zhì)量;改進(jìn)方法

一、引言

當(dāng)前，高速發(fā)展的電力系統(tǒng)進(jìn)入了智能電網(wǎng)時(shí)代，為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，負(fù)荷中心必須擁有一定比例的供電電源，形成電能就地平衡的運(yùn)行模式。在這樣的需求之下，集中了電源、負(fù)荷及調(diào)節(jié)控制為一體的微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。微電網(wǎng)運(yùn)行控制的核心是“自治獨(dú)立、協(xié)調(diào)互助”。本文在介紹微電網(wǎng)基本特點(diǎn)的基礎(chǔ)上著重分析微電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題。

二、微電網(wǎng)

微電網(wǎng)（Micro-Grid）也譯為微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)的提出旨在實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)問題。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。同時(shí)微電網(wǎng)也是大電網(wǎng)的有力補(bǔ)充，是智能電網(wǎng)領(lǐng)域的重要組成部分，在工商業(yè)區(qū)域、城市片區(qū)及偏遠(yuǎn)地區(qū)有廣泛的應(yīng)用前景。隨著微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進(jìn)度加快，預(yù)計(jì)微電網(wǎng)將進(jìn)入快速發(fā)展階段。

三、微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問題

結(jié)合微電網(wǎng)的定義以及目前典型的微電網(wǎng)架構(gòu)可以看出，微電網(wǎng)內(nèi)包含大量微電源，微電網(wǎng)的電壓等級(jí)一般較低，且內(nèi)部電源與負(fù)荷種類繁多，因此其網(wǎng)內(nèi)的功率因數(shù)、諧波含有率、三相電壓不平衡度等電能質(zhì)量指標(biāo)可能會(huì)不滿足要求。

第一，隨著微電網(wǎng)研究的深入和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，微電網(wǎng)中微電源的種類越來越多，數(shù)量也越來越大，微電網(wǎng)中出現(xiàn)許多由于微電源自身特殊性質(zhì)而引發(fā)的電能質(zhì)量問題。如PV光伏發(fā)電裝置會(huì)引起電壓波動(dòng)和諧波污染;感應(yīng)電動(dòng)機(jī)形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)和解網(wǎng)時(shí)伴隨的沖擊電流會(huì)帶來電壓跌落問題，風(fēng)速變化造成有功輸出的波動(dòng)，可能引發(fā)電壓閃變;燃料電池式的微電源可能導(dǎo)致的電能質(zhì)量問題則包括諧波污染和偏低的功率因數(shù);同步機(jī)式的微電源可能帶來頻率波動(dòng)問題和電壓閃變問題，還有可能惡化接地故障引發(fā)電壓跌落的危害程度和范圍。

第二，分布式發(fā)電系統(tǒng)的原動(dòng)機(jī)部分往往存在間歇性，由此造成的頻繁啟停和功率波動(dòng)會(huì)在配電網(wǎng)中造成明顯的電壓波動(dòng)。而且分布式發(fā)電裝置的功率一般較小，在配電網(wǎng)中電壓變化時(shí)，敏感的分布式電源可能進(jìn)一步惡化電壓問題。

第三，分布式發(fā)電裝置中廣泛采用變流器作為接入電網(wǎng)的設(shè)備"，變流器并網(wǎng)依賴復(fù)雜的開關(guān)動(dòng)作可能導(dǎo)致配電網(wǎng)中的諧波污染。如果變流器與電源的原動(dòng)機(jī)特性協(xié)調(diào)不當(dāng)還可能成為電網(wǎng)中明顯的諧波源和電壓擾動(dòng)源。

第四，分布式發(fā)電系統(tǒng)常常是單相的，接入配電網(wǎng)后雖然可以發(fā)揮補(bǔ)償負(fù)載三相不平衡的作用，但若協(xié)調(diào)不當(dāng)，反而會(huì)惡化原有的三相不平衡問題。而且分布式發(fā)電系統(tǒng)因?yàn)榭梢造`活控制其自身的功率輸出，因而被認(rèn)為能夠協(xié)助解決配電網(wǎng)中的電壓波動(dòng)、閃變、暫降、諧波畸變問題，但是同樣也可能惡化這些問題。

總的來說，微電網(wǎng)環(huán)境下電能質(zhì)量問題可以按照頻率的不同分為工頻電能質(zhì)量問題和諧波問題兩大類。前者包括三相不平衡、電壓波動(dòng)、閃變、電壓暫降，后者則主要為電壓和電流的諧波畸變。工頻電能質(zhì)量問題主要是因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)及所在配電網(wǎng)中出現(xiàn)功率不平衡而產(chǎn)生，微電網(wǎng)環(huán)境下有功功率不平衡表現(xiàn)的更為突出。

四、電能質(zhì)量改善措施

在通常情況下，諧波和電壓波動(dòng)及閃變?yōu)槲㈦娋W(wǎng)的主要電能質(zhì)量問題，故微電網(wǎng)的電能質(zhì)量優(yōu)化控制可以從下面兩個(gè)方面著手。

4.1諧波抑制

諧波來源主要有兩個(gè)：一是在微電網(wǎng)中由于有大量電力電子器件應(yīng)用于分布式電源，所以不可避免地會(huì)給系統(tǒng)帶來大量的諧波，這是微電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波;二是并網(wǎng)后從電網(wǎng)向微電網(wǎng)滲透的大量諧波。所以抑制和消除諧波基本上有兩個(gè)途徑：（1）從改變非線性負(fù)荷本身性能考慮，減少它們注入系統(tǒng)的諧波電流，這主要針對(duì)諧波源為電力電子器件等;（2）裝設(shè)無源或有源諾波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源均是有效的。

4.2電壓波動(dòng)及閃變的補(bǔ)償

在配電網(wǎng)中負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)與負(fù)荷的無功功率波動(dòng)成正比，與電網(wǎng)的短路容量成反比。微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，它的短路容量較大，微網(wǎng)中的電壓波動(dòng)可以被限制在很小的范圍內(nèi)，但當(dāng)微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，它的短路容量很小，電壓波動(dòng)可能變得比較嚴(yán)重。

建議從以下五個(gè)方面著手來提高電能質(zhì)量：（1）采用獨(dú)立回路供電。采用獨(dú)立回路供電后產(chǎn)生波動(dòng)和閃變的影響范圍比較小，限制了其對(duì)其它負(fù)荷的影響;將分布式電源接人到有更大短路容量的母線上，可以大大降低其產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變。（2）降低共用配電線路阻抗。其本質(zhì)也是通過增加短路容量的辦法。（3）提高供電電壓。電壓損失的百分比與電網(wǎng)額定電壓的平方成反比。因此，可以通過提高供電電壓來降低波動(dòng)和閃變。在同樣功率波動(dòng)下，采用1.05V供電產(chǎn)生的電壓閃變是采用0.95V供電電壓時(shí)的0.82倍左右。（4）采用靜止型無功功率補(bǔ)償裝置。（5）做好分布式電源和儲(chǔ)能裝置的配合。儲(chǔ)能裝置在一定程度上能夠有效地穩(wěn)定系統(tǒng)，起到過渡作用并降低波動(dòng)的幅度和頻率，從而降低閃變。

五、結(jié)束語

微電網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，使得微電網(wǎng)較傳統(tǒng)電網(wǎng)有了更多新的電能質(zhì)量問題。傳統(tǒng)電網(wǎng)中的電能質(zhì)量控制器由于可以復(fù)用微電網(wǎng)中微電源的電力電子轉(zhuǎn)換器，從而節(jié)約微電網(wǎng)的建設(shè)投資成本，因此在微電網(wǎng)中有較大的應(yīng)用潛力，可將部分傳統(tǒng)電網(wǎng)中的研究成果移植至微電網(wǎng)中。優(yōu)化分布式電源的接入變流器及其控制策略，可以提高分布式電源的輸出電能質(zhì)量，減輕分布式電源對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]、李略偉，事水照，孫景釘，金強(qiáng)，李旭光.基于逆變型分布式電源控制策略的微電網(wǎng)電能質(zhì)量控制方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2010.

[2]、微電網(wǎng)電能質(zhì)量特點(diǎn)及有源濾波補(bǔ)償方式方式研究綜述[J].湖南電力，2009.

作者簡介：

袁浩（1998-），男，江蘇南通人，江蘇大學(xué)本科在讀，研究方向：電力工程及其自動(dòng)化。