基于分布式電源接入的電網(wǎng)電能質(zhì)量分析與控制舉措評(píng)估

文/胡江 傅浩 王家寶 孫瓊 童勁松

在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中，電網(wǎng)的關(guān)鍵地位不言而喻。當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)呈現(xiàn)出高效化、智能化、協(xié)同化發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量分析與控制提出了新的要求，以提高電力能源供應(yīng)的持續(xù)性與有效性，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)健康發(fā)展。本文就此展開(kāi)了研究。

1 電能質(zhì)量問(wèn)題的提出和意義

通常而言，電能質(zhì)量是指電網(wǎng)所輸送的電能電力對(duì)用電設(shè)備的匹配性，匹配系數(shù)越高，說(shuō)明電能質(zhì)量越好。在電力工程行業(yè)內(nèi)，對(duì)電能質(zhì)量涵義的詮釋有多個(gè)不同側(cè)重點(diǎn)，因而存在多種不同類(lèi)型的概念界定。對(duì)于電力部門(mén)而言，電能質(zhì)量則主要體現(xiàn)在電壓的穩(wěn)定性、頻率的可靠性以及供電的連續(xù)性等多個(gè)方面；對(duì)于電力用戶(hù)而言，電能質(zhì)量則以滿(mǎn)足用電需求為基準(zhǔn)條件。

當(dāng)前，由于電力需求的日益旺盛，為持續(xù)滿(mǎn)足社會(huì)生產(chǎn)生活高企的用電需求，部分情況下影響了電能質(zhì)量。在這種背景下，如果電能質(zhì)量得不到有效控制與扭轉(zhuǎn)，則會(huì)對(duì)社會(huì)正常生產(chǎn)生活構(gòu)成嚴(yán)重威脅，甚至造成不可估量的重大經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行有效分析與控制意義重大。

電網(wǎng)電能控制是一項(xiàng)系統(tǒng)性較強(qiáng)的工作，涉及要素多、涵蓋范圍廣、技術(shù)要求高，需要以完善的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析技術(shù)為支撐。同時(shí)，為保障整個(gè)電力系統(tǒng)及用電設(shè)備的正常運(yùn)行，綜合考慮不同用電設(shè)備的差異化特征，既需要統(tǒng)一電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，降低因標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一對(duì)電能質(zhì)量造成的負(fù)面影響，又要提高不同用戶(hù)的協(xié)同性水平，避免用電設(shè)備之間的相互干擾，進(jìn)而對(duì)電能質(zhì)量實(shí)施科學(xué)監(jiān)測(cè)與分析。

2 分布式電源對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響評(píng)估

2.1 分布式電源對(duì)電壓偏差的影響

在分布式電源接入電網(wǎng)的前提條件下，原有輻射狀的網(wǎng)絡(luò)會(huì)向著有源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，其中涵蓋了電源與負(fù)荷要素，并會(huì)造成功率起伏波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)電壓帶來(lái)直接影響，形成電壓偏差。電壓所出現(xiàn)偏差的大小除與分布式電源密切相關(guān)外，還與電網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β逝c綜合電阻乘積關(guān)聯(lián)密切。由于電網(wǎng)運(yùn)行具有相對(duì)獨(dú)立性，因此有功功率發(fā)揮的作用相對(duì)明顯，綜合電阻占據(jù)更為主動(dòng)性的地位，因此電壓偏差受該要素的影響更為顯著。同時(shí)，由于分布式電源接入的方式與過(guò)程有所不同，對(duì)電網(wǎng)電壓造成的影響也并不完全相同。

2.2 分布式電源對(duì)電壓暫降的影響

一般情況下，在保證分布式電源接入方法合理的基礎(chǔ)上，其對(duì)電壓暫降的影響并非十分明顯。需要指出的是，分布式電源的接入在某種程度上可有效緩解電壓暫降波動(dòng)幅度。

2.3 分布式電源對(duì)電力系統(tǒng)諧波的影響

分布式電源的主要表現(xiàn)形式有光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等，這些不同的形式通過(guò)電力電子裝置實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。電力電子裝置的主要作用在于傳遞電能能量，在傳遞過(guò)程中易出現(xiàn)電流波形變形，突破原有正常波動(dòng)區(qū)間，無(wú)形之中提高了系統(tǒng)荷載，造成電力系統(tǒng)諧波出現(xiàn)。分布式電源接入諧波所造成的影響，與分布式電源容量、公共連接點(diǎn)供電設(shè)備容量等要素相關(guān)，其容量越高，則允許諧波的對(duì)應(yīng)值則越小。

2.4 分布式電源造成的系統(tǒng)配變直流偏磁問(wèn)題

逆變器在分布式電源接入過(guò)程中發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用，扮演著串聯(lián)溝通的重要角色。部分情況下，由于逆變器自身存在參數(shù)失衡、脈沖不均等特點(diǎn)，易產(chǎn)生直流電流分量，控制不當(dāng)會(huì)流入配電變壓器，造成系統(tǒng)配變直流偏磁問(wèn)題。

3 電能質(zhì)量控制及改善措施分析

3.1 對(duì)于分布式電源接入造成的過(guò)電壓控制措施

在線(xiàn)路載荷特定的情況下，為保持各處電壓控制在合理范圍內(nèi)，要以電壓控制理論為基礎(chǔ)，根據(jù)饋線(xiàn)潮流的方向調(diào)整變壓器分接頭。為使分布式發(fā)電的接入對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)始終處于相對(duì)有利狀況，做出相應(yīng)調(diào)整的依據(jù)應(yīng)為饋線(xiàn)負(fù)荷情況，將分布式電源與電網(wǎng)之間的交換容量控制相對(duì)較低狀態(tài)。不管通過(guò)何種途徑優(yōu)化電壓值，均要保持變電站母線(xiàn)電壓高于額定值，這可有效控制饋線(xiàn)局部出現(xiàn)過(guò)電壓狀況。

3.2 接入位置不同造成電壓影響的控制措施

3.2.1 需要對(duì)分布式電源接入變電站造成的低電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行有效控制

通過(guò)調(diào)整低壓側(cè)母線(xiàn)電壓，使其保持相對(duì)恒定。在該過(guò)程中，要提高控制措施的精準(zhǔn)性，避免控制措施應(yīng)用不當(dāng)而對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成難以逆轉(zhuǎn)的損傷。

3.2.2 需要對(duì)分布式電源接入末端造成的過(guò)電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行有效控制

要依據(jù)電壓分布曲線(xiàn)特征，將饋線(xiàn)首段及末端電壓控制在合理范圍內(nèi)，并適度調(diào)控接入容量，防止上層線(xiàn)路電壓穩(wěn)定性遭受影響。為確保接入母線(xiàn)負(fù)荷饋線(xiàn)末端電壓合理穩(wěn)定，可適度提高母線(xiàn)電壓，為接入的有序進(jìn)行提供足夠變量空間。為提高電壓質(zhì)量分析效果，要統(tǒng)籌線(xiàn)路諸多影響參數(shù)，合理預(yù)設(shè)分布式電源的限定范圍，避免因線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的末端電壓升高。

3.2.3 需要對(duì)分布式電源接入線(xiàn)路調(diào)壓器的負(fù)荷側(cè)所導(dǎo)致的低電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行有效控制

一般情況下，線(xiàn)路調(diào)壓器接入線(xiàn)路相對(duì)較長(zhǎng)，需要嚴(yán)格掌握調(diào)壓器的安裝時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并調(diào)控其相應(yīng)功率。

3.3 電壓波動(dòng)、閃變和暫降問(wèn)題的控制舉措

電壓的波動(dòng)、閃變與暫降等問(wèn)題，是分布式電源接入電網(wǎng)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)此，可選用合適的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的有效應(yīng)用，提高輸出能力，優(yōu)化接入響應(yīng)速度。

3.4 分布式電源接入產(chǎn)生諧波的治理

對(duì)于分布式電源接入造成的諧波問(wèn)題，可通過(guò)如下方法予以控制。首先，對(duì)分布式電源進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，從技術(shù)方面降低諧波產(chǎn)生幾率，或?qū)⒅C波產(chǎn)生的幅度控制在科學(xué)合理范圍內(nèi)。這種技術(shù)方法是當(dāng)前有效治理分布式電源諧波問(wèn)題的最主要途徑之一。其次，通過(guò)設(shè)定濾波器將產(chǎn)生的諧波予以消除。要充分確保濾波器的主要性能，使其充分立足既有電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的阻斷與吸收，降低諧波的流動(dòng)范圍，對(duì)負(fù)荷側(cè)構(gòu)建起有效保護(hù)屏障。

3.5 電網(wǎng)針對(duì)直流偏磁情況的抑制措施

在分布式電源接入的情況下，電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生直流偏磁問(wèn)題，其產(chǎn)生原因在于由逆變器發(fā)出的直流分量會(huì)形成特定回路，對(duì)于阻抗系統(tǒng)的影響僅表現(xiàn)在電阻方面，因此影響程度更深。為有效抑制直流偏磁情況，可采取如下措施。

（1）控制直流電流數(shù)值；

（2）對(duì)直流電流進(jìn)行有效隔離。

提高在中性點(diǎn)注入反向直流電流或降低變壓器工況條件等方法，均可達(dá)到控制直流偏磁問(wèn)題。但這些方法適用性較弱，僅對(duì)于配備數(shù)量相對(duì)較少變壓器的線(xiàn)路適用，且前期經(jīng)濟(jì)投入相對(duì)較大，經(jīng)濟(jì)性明顯不足。對(duì)于電網(wǎng)規(guī)模不足的情況下，則需采取專(zhuān)門(mén)措施對(duì)直流偏磁進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)控制。隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸提高，直流分量的覆蓋面將有效擴(kuò)大，對(duì)相對(duì)單一變壓器的影響便會(huì)被在無(wú)形之中消耗，因此可予以忽視。

4 在智能微電網(wǎng)框架下電能質(zhì)量的研究方向

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的持續(xù)快速發(fā)展，各類(lèi)信息化技術(shù)、智能化技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于電網(wǎng)實(shí)踐，極大地提高了電網(wǎng)的科技含量，優(yōu)化了其整體運(yùn)行效果，促進(jìn)了電力工程事業(yè)的快速發(fā)展。在這種背景下，智能微電網(wǎng)迎來(lái)了重大發(fā)展機(jī)遇，體現(xiàn)出電網(wǎng)的智能化、集成化、互動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)。在智能微電網(wǎng)框架下更要高度注重電能質(zhì)量控制。

（1）與一般電網(wǎng)系統(tǒng)相似，智能微電網(wǎng)的電能處于瞬間平衡狀態(tài)，需通過(guò)現(xiàn)代化協(xié)調(diào)控制技術(shù)的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)不同微電源之間的協(xié)調(diào)控制，提高微電網(wǎng)運(yùn)行平順性，降低其對(duì)主網(wǎng)的影響程度。

（2）要通過(guò)對(duì)分布式儲(chǔ)能技術(shù)的有效應(yīng)用，將電能輸送到終端用戶(hù)，同時(shí)將分布式電源及儲(chǔ)能系統(tǒng)集成到電力主網(wǎng)中，使終端用戶(hù)可通過(guò)微電網(wǎng)及主網(wǎng)共同獲取電能供應(yīng)，提高電能獲取的及時(shí)性。

（3）要構(gòu)建直流微電網(wǎng)，在微電網(wǎng)與主網(wǎng)之間配置特定逆變器，協(xié)調(diào)控制直流微電網(wǎng)效用的發(fā)揮，優(yōu)化對(duì)直流微電網(wǎng)電源及電力負(fù)荷的補(bǔ)償效果，降低無(wú)功功率造成的電力損耗。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前技術(shù)條件下，受工藝方法、經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段等要素的影響，分布式電源接入的電網(wǎng)電能質(zhì)量分析及控制過(guò)程中依舊存在著多方面的問(wèn)題，制約著電力能源的有效穩(wěn)定供應(yīng)，因此有關(guān)人員應(yīng)該從電力工程的客觀(guān)實(shí)際需求出發(fā)，充分遵循電網(wǎng)電能質(zhì)量分析與控制的客觀(guān)基本規(guī)律，制定切實(shí)可行的措施與方法，提高電網(wǎng)的連續(xù)穩(wěn)定性，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)有序發(fā)展保駕護(hù)航。