探討分布式新能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量問題

張藝菲 王磊 鄭冬雨

摘要：本文從電能質(zhì)量的角度出發(fā)，分析了光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電接人電網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響，并探討了目前常用的電能質(zhì)量改善措施。

關(guān)鍵詞：分布式新能源；接入；電網(wǎng)；電能質(zhì)量；問題

1分布式電源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響

1.1電壓波動

分布式接入電源對電壓波動的影響主要有以下幾個方面：第一，分布式電源的關(guān)啟與自然條件，政策法規(guī)、電力市場以及用戶需求有關(guān)，分布式電源的不規(guī)律關(guān)啟很容易導(dǎo)致功率輸出的波動，從面影響配電網(wǎng)的電壓波動。第二，分布式電源輸出功率的變化也會造成電壓波動。在電力系統(tǒng)中熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供電需求變化都會影響到輸出功率的變化。第三，由于分布式電源的接入，增加了電力系統(tǒng)短路容量，從而增加了系統(tǒng)電壓，一定程度上削弱了區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)的電壓波動。

1.2電網(wǎng)頻率波動

電網(wǎng)在通常條件下運(yùn)行，很少發(fā)生頻率特殊波動的現(xiàn)象，在新能源光伏發(fā)電中，在電站容量很小情況下，多個機(jī)組進(jìn)行投切動作時不會導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)頻率超限狀態(tài)。如果讓新能源發(fā)電容量在電網(wǎng)電力中。所占比重增大到一定程度時，再加上發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率具一定的隨意性，因此很容易出現(xiàn)電網(wǎng)額率波動，造成電力用戶系統(tǒng)的故障甚至對一些企業(yè)和個人產(chǎn)生較大的損害。

1.3諧波和間諧波

1.3.1光伏發(fā)電中的諧波與間諧波

逆變器是光伏發(fā)電并網(wǎng)的核心部件，其開關(guān)器件的頻紫動作容易產(chǎn)生開關(guān)額率附近的諧波分量，引起電網(wǎng)的諧波污染。光伏發(fā)電輸出電流和輸出功率的波動經(jīng)開關(guān)麗數(shù)調(diào)制后會使得交流側(cè)產(chǎn)生特征諧波非特征諧波和間諧波，變流器的死區(qū)效應(yīng)還可能加重諧波污染。此外，光伏發(fā)電中的最大功率點(diǎn)跟蹤是為了使光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同的光照和濕度條件下輸出最大功率，但在最大功率跟蹤的同時又使得直流側(cè)出現(xiàn)電壓波動，從而導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生諧波和間諧波。

1.3.2風(fēng)力發(fā)電中的諧波與間諧波

一是風(fēng)力發(fā)電有關(guān)裝置自身引起的諧波，另一個是在進(jìn)行線路電抗和安裝補(bǔ)償電容器并聯(lián)時，產(chǎn)生諧波現(xiàn)象。對于直接和電網(wǎng)相連的恒速風(fēng)機(jī)，由于沒有電力電子裝置的參與，機(jī)組在連續(xù)運(yùn)行的過程中幾乎不產(chǎn)生諧波。當(dāng)機(jī)組投入運(yùn)行時，軟并網(wǎng)設(shè)備處于工作狀態(tài)，此時將有諧波電流產(chǎn)生，不過因投入操作過程較短，注入的諧波忽略不計，面對于變速風(fēng)機(jī)則不同，因?yàn)樽兯亠L(fēng)機(jī)通過變流器裝置并入電網(wǎng)，如果裝置的切換頻率剛好在諧波產(chǎn)生的范圍內(nèi)，那么就會導(dǎo)致嚴(yán)重的諧波問題。由于風(fēng)機(jī)輸出功率的波動，經(jīng)過整流和逆變的變換后，直流例將出現(xiàn)非整數(shù)倍基波頻率的紋波，經(jīng)過開關(guān)雨數(shù)調(diào)制后，在電網(wǎng)側(cè)將產(chǎn)生間諧波。

2電能質(zhì)量改善方法和微電網(wǎng)技術(shù)

2.1改善電能質(zhì)量的方法

目前，改善和提高電能質(zhì)量最常用的方法是加裝快速響應(yīng)的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，如靜止無功補(bǔ)償器（SVC）、有源濾波器（APF）以及電能質(zhì)量統(tǒng)-控制器（UPFC）等。在中低壓配電網(wǎng)中，電壓的波動和電能符合變化與短路電容相關(guān)。在短路容量一定的情況下，無功補(bǔ)償是抑制電壓波動最有效的方法，這種方法對風(fēng)電場作用明顯，將柔性交流設(shè)備運(yùn)用在風(fēng)電網(wǎng)，解決電網(wǎng)運(yùn)行過程中存在的無功補(bǔ)償以及電壓穩(wěn)定問題，能夠提高風(fēng)電場的運(yùn)行效率。比如：將SVcUPFC以及靜止同步補(bǔ)償器運(yùn)用在風(fēng)力發(fā)電站中，對電力系統(tǒng)中的無功過剩，電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障、風(fēng)電場風(fēng)速驟變等有極大的改善。其次，安裝超導(dǎo)儲能裝置也是解決分布式電源接入的電能質(zhì)量問題的方法。超導(dǎo)儲能裝置是一種基于CTO的雙橋結(jié)構(gòu)換流裝置，響應(yīng)速度快轉(zhuǎn)換率高，能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)有功功率和無功功率，給電力系統(tǒng)提供功率補(bǔ)償。而且這種超導(dǎo)儲能裝置對接入點(diǎn)的電壓比較小，補(bǔ)功效果更加明顯。此外，公共連接短路容量比和線路X/R能有效抑制風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動和閃變現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)XR值對應(yīng)的線路阻抗角在60°～70°之間，并入網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的電壓波動和閃變值最小，目前常用的辦法就是加裝有源健波器或者級聯(lián)多電平變流器解決電力系統(tǒng)的電力電子開關(guān)器件產(chǎn)生的諧波問題。

2.2微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與多種分布式能源之間的矛盾，減小并網(wǎng)對主網(wǎng)的沖擊，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和可靠性，采用微電網(wǎng)是一個有效途徑。微電網(wǎng)是由負(fù)荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，可同時提供電能和熱量。微電網(wǎng)將負(fù)荷發(fā)電機(jī)、各種分布式電源和電力電子控制裝置結(jié)合起來，依靠微電網(wǎng)內(nèi)部的DG控制器、能量管理器和保護(hù)協(xié)調(diào)器等實(shí)現(xiàn)良好的控制和管理，通過公其購合點(diǎn)（Pointof，Common，Coupling，PCC）與外界大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換。微電網(wǎng)有效地解決了多種分布式電源混合并網(wǎng)的問題。微電網(wǎng)中一般都含有儲能裝置，增加系統(tǒng)慣量，提高電源對負(fù)荷階躍變化的響應(yīng)速度，減小額率和電壓波動。

3智能微電網(wǎng)框架下的電能質(zhì)量分析

3.1協(xié)調(diào)控制技術(shù)

電力系統(tǒng)的電能是瞬間平衡的，智能澈電網(wǎng)同樣如此，多個微電源之間如何進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，減小微電網(wǎng)對主電網(wǎng)的影響。Agent系統(tǒng)具有響虛力、自愈性和自發(fā)性，MAS系統(tǒng)具有靈活分區(qū)，無功補(bǔ)償裝置定值自動修改等作用，能夠有效地解決微電網(wǎng)這一難題。

3.2分布式儲能技術(shù)

智能微電網(wǎng)不僅能在風(fēng)險環(huán)境下自愈，還應(yīng)能向用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能。分布式發(fā)電和儲能系統(tǒng)組成的微網(wǎng)接入主網(wǎng)時，當(dāng)?shù)刎?fù)荷能同時從主網(wǎng)和本地微電源獲取功宰，并能排除電網(wǎng)擾動，保證電能質(zhì)量。具有儲能和補(bǔ)償能力的電能質(zhì)量調(diào)整器兼有動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器和配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器的功能，對配網(wǎng)瞬間欠電壓或過電壓進(jìn)行補(bǔ)償，抑制電網(wǎng)諧波。

3.3直流微電網(wǎng)

與交流微電網(wǎng)相比，直流微電網(wǎng)需要使用專用的直流輸電線路各個直流微電網(wǎng)比較容易協(xié)調(diào)控制，只要在為微電網(wǎng)與主電網(wǎng)之間設(shè)置一個逆變器，就能減少無功功率帶來的電力損耗，裝置能夠?qū)χ绷魑㈦娋W(wǎng)的電源和電力負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。

4結(jié)語

分布式發(fā)電作為一種具有競爭力的發(fā)電方式，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中占有的比重越來越大。隨著分布式電源水平的不斷提高、設(shè)備性能的不斷改進(jìn)，分布式電源不僅可作為傳統(tǒng)供電模式的一種重要補(bǔ)充，還將在能源綜合利用上占有十分重要的地位。

參考文獻(xiàn)：

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[2]方新凱.分布式新能源接入配電網(wǎng)的繼電保護(hù)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2015（33）.

（作者單位：國網(wǎng)盤錦供電公司）