分布式電源對(duì)配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響與改善

黃佳欽

（中國(guó)電信股份有限公司紹興分公司，浙江紹興，312000）

0 前言

在新能源利用率不斷提高以及傳統(tǒng)配網(wǎng)供電模式急需變革的大環(huán)境下，國(guó)內(nèi)電力產(chǎn)業(yè)涌現(xiàn)出了DG技術(shù)、分布式供電技術(shù)等新技術(shù)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)其中分布式供電模式不僅成本低、耗能少，而且對(duì)改善電力需求而言幫助較大，所以也成為了當(dāng)下與今后我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向[1]。

1 分布式電源概述

1.1 定義

分布式電源的供電模式與傳統(tǒng)供電模式有著顯著區(qū)別，主要是由小型功率模塊式獨(dú)立電源構(gòu)成，而這些獨(dú)立電源與周邊環(huán)境兼容性極高，不僅可由公共電力部門所有，而且也可由用戶個(gè)人擁有，甚至完全由第三方機(jī)構(gòu)所有，屬于一種能夠滿足配電網(wǎng)系統(tǒng)供電要求和用戶特殊用電需求的供電方式。一定數(shù)量的分布式電源為用戶自主安裝的發(fā)電設(shè)備，其中包含熱電、冷電聯(lián)產(chǎn)[2]。從這一角度來(lái)看，我國(guó)目前的小機(jī)組發(fā)電設(shè)施、火電型發(fā)電設(shè)施均屬于分布式電源。

1.2 分類

立足不同領(lǐng)域去分析分布式電源，會(huì)有不一樣的分類方式。比如在能源可再生應(yīng)用的研究領(lǐng)域，分布式電源可分成兩大類：第一類是利用可再生能源進(jìn)行發(fā)電的電源，這類電源通常是利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔型能源發(fā)電；第二類則是利用不可再生能源發(fā)電，主要是指利用固體燃料，比如燃料電池、發(fā)電輪機(jī)等[3]。如果按照分布式電源與配電系統(tǒng)的連接形式去分類，分布式電源可分成旋轉(zhuǎn)型與逆變型兩種類型。

2 分布式電源對(duì)配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響

分布式電源在配網(wǎng)供電系統(tǒng)中需要保證合理應(yīng)用才能發(fā)揮最大實(shí)效，倘若對(duì)分布式電源的管理或者本身運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量較低，那么會(huì)對(duì)配網(wǎng)供電的電壓質(zhì)量形成負(fù)面影響。鑒于此，下文便要對(duì)幾個(gè)重要方面的影響進(jìn)行分析。

2.1 電壓分布

將分布式電源接入到配網(wǎng)供電系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)的供電模式會(huì)從過(guò)去的輻射型供電轉(zhuǎn)變成多電源發(fā)電，而正因?yàn)椴煌攸c(diǎn)、不同發(fā)電形式的電源接入，所以會(huì)導(dǎo)致各個(gè)電源形成的電壓分布出現(xiàn)差異。從實(shí)際情況來(lái)看，分布式電源與電源線路末節(jié)越靠近，則會(huì)對(duì)線路電壓分布形成更明顯的影響，分布式電源越靠近配網(wǎng)供電系統(tǒng)的主路線路，則對(duì)電源線路電壓分布的影響越小。

2.2 電壓跌落

倘若供電系統(tǒng)中變壓器裝置發(fā)生三相電短路的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)維修后技術(shù)人員可對(duì)分布式電源予以合理應(yīng)用，結(jié)合計(jì)算比例將適量的分布式電源接入配電網(wǎng)中，如此能有效提高變壓器裝置電壓，有效控制電力系統(tǒng)電壓[4]。此外，要想確保變壓器電壓穩(wěn)定，也可采取加大分布式電源功率的手段。分布式電源主要分為同步機(jī)與逆變器兩種類型，在處理配電網(wǎng)中電壓跌落的現(xiàn)象時(shí)，則可用到逆變器分布式電源，原因在于逆變器分布式電源相較于同步機(jī)分布式電源而言，無(wú)論是電壓功率處理速度，還是信號(hào)傳輸質(zhì)量，均表現(xiàn)更好，所以在改善電壓跌落時(shí)應(yīng)當(dāng)選用逆變器分布式。而不管變壓器哪個(gè)相位發(fā)生問(wèn)題，分布式電源均需要提高電壓，避免變壓器出現(xiàn)電壓跌落的現(xiàn)象，電壓輸出功率會(huì)直接影響電壓跌落的改善實(shí)效。但倘若在里利用分布式電源對(duì)變壓器電壓功率進(jìn)行提高的操作中不加以限制，極易導(dǎo)致變壓器電壓過(guò)載，其中無(wú)故障出現(xiàn)的相位電壓也會(huì)隨之提高而出現(xiàn)超出變壓器額定電壓的情況，同樣會(huì)以導(dǎo)致變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)受阻，因此在對(duì)電壓跌落進(jìn)行控制時(shí)，也要注意其上限[5]。

2.3 電壓閃變

通常來(lái)講傳統(tǒng)的配電網(wǎng)發(fā)生電壓閃變情況的主要原因?yàn)殡妷翰环€(wěn)，不過(guò)隨著近些年分布式電源在配電網(wǎng)中的滲透率逐步提高，導(dǎo)致發(fā)生電壓閃變的原因也變得更加復(fù)雜，從這一角度去分析可歸總為如下幾點(diǎn)因素：其一，由于一定數(shù)量的分布式電源模塊管理權(quán)限在用戶手上，但因?yàn)橛脩舯旧淼膶I(yè)能力有限，因此在自主管理過(guò)程中對(duì)分布式電源的運(yùn)維操作不合理，致使電源頻繁出現(xiàn)異常啟停，也就導(dǎo)致電壓閃變的情況出現(xiàn)；其二，分布式電源模塊中會(huì)有大多數(shù)可再生能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能等等，而這些分布式電源的接入受自然環(huán)境與天氣因素的影響非常大，所以也會(huì)導(dǎo)致電壓閃變的出現(xiàn)[6]；其三，倘若分布式電源模塊相互間的距離非常短，那么也不可避免地彼此形成影響，出現(xiàn)電壓閃變的情況。

2.4 諧波

分布式電源接入配電網(wǎng)需要借助電力設(shè)備構(gòu)件中的變流裝置，而電源開關(guān)動(dòng)作的頻發(fā)會(huì)導(dǎo)致開關(guān)、電源周圍出現(xiàn)諧波分量，從而對(duì)配電網(wǎng)形成諧波污染。結(jié)合實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果分布式電源接入配電網(wǎng)的位置固定，那么配電網(wǎng)饋線所產(chǎn)生的電壓諧波畸變率則會(huì)受到分布式電源總功率的影響，其中總功率占配電網(wǎng)總負(fù)荷的比例越大，那么配電網(wǎng)同條饋線的諧波畸變率也會(huì)越大，甚至?xí)雠潆娋W(wǎng)諧波電壓的限定值和畸變安全值[7]。因?yàn)榉植际诫娫唇尤肱潆娋W(wǎng)時(shí)安裝的位置有所不同且每條饋線的諧波畸變率也存在差別，從具體表現(xiàn)來(lái)看分布式電源安裝越靠近配電網(wǎng)線路尾端，則饋線所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率越高；而分布式電源離配電網(wǎng)系統(tǒng)母線越近，則饋線所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的小學(xué)電壓畸變率越低。

2.5 供電電壓

配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型基本為放射性，分布式電源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)之后會(huì)對(duì)供電電壓形成影響，主要體現(xiàn)有：其一，由于分布式電源存在自主開合、發(fā)電波動(dòng)等情況，一定會(huì)影響到用戶的供電電壓，一般來(lái)講分布式電源會(huì)發(fā)生供電失穩(wěn)、不牢固等現(xiàn)象，特殊時(shí)期還有可能起伏波動(dòng)較大，不難看出分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的供電電壓形成一定威脅[8]；其二，會(huì)提升配電網(wǎng)系統(tǒng)短路容量以及增強(qiáng)系統(tǒng)電壓強(qiáng)度，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)配網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)，如果與配網(wǎng)距離相近的部分出現(xiàn)故障，能夠有效把控母線電壓閃變與電壓跌落的情況。

盡管分布式電源接入配電網(wǎng)會(huì)帶來(lái)諸多供電質(zhì)量方面的問(wèn)題，但在配電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷過(guò)大時(shí)，備用的分布式電源便能快速且有計(jì)劃地響應(yīng)，大大提高了配網(wǎng)供電的穩(wěn)定性與可靠性。

3 改善分布式電源對(duì)配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的相關(guān)措施

3.1 控制電壓

相較于旋轉(zhuǎn)型的分布式電源而言，逆變型分布式電源的優(yōu)勢(shì)非常明顯，如果電容量相同，那么逆變型分布式電源對(duì)主供電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓影響并不大，盡管太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量出現(xiàn)起伏不穩(wěn)的情況，但對(duì)于供電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的電壓帶來(lái)的影響非常小。然而在此情況發(fā)生時(shí)，逆變型分布式電源無(wú)法對(duì)供電系統(tǒng)內(nèi)部的電壓波動(dòng)問(wèn)題有效解決，所以為了改善配電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓不穩(wěn)的情況，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)推廣旋轉(zhuǎn)型分布式電源的應(yīng)用，原因在于滲透率相等的情況下旋轉(zhuǎn)型分布式電源帶來(lái)的短路電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)逆變型分布式電源，因此如果沒(méi)有外力影響的前提下，旋轉(zhuǎn)型分布式電源能明顯改善配電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。

3.2 儲(chǔ)存電能

隨著能源危機(jī)的緊迫感日漸臨近，國(guó)家也提出了節(jié)能環(huán)保的戰(zhàn)略目標(biāo)，其中可再生能源的大規(guī)模推廣應(yīng)用早已排上日程。然而，各種能源的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量穩(wěn)定性不足的情況出現(xiàn)。所以，為保證可再生能源應(yīng)用于發(fā)電中能夠有更加穩(wěn)定的供電量，則需要在配網(wǎng)供電系統(tǒng)中儲(chǔ)存電能，除此之外還需要重點(diǎn)降低配網(wǎng)供電系統(tǒng)中的短路容量，如此可避免單獨(dú)設(shè)置儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電能儲(chǔ)存的做法，進(jìn)而將電能儲(chǔ)存在DG發(fā)電單元內(nèi)，實(shí)現(xiàn)分布式電能儲(chǔ)存目的，目前應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)備介質(zhì)為飛輪和蓄電池等。

3.3 配網(wǎng)故障恢復(fù)

當(dāng)配電網(wǎng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，分布式電源可發(fā)揮備用作用，主要分成黑啟動(dòng)與費(fèi)黑啟動(dòng)兩種分布式電源，分布式電源的應(yīng)用需要供電方與用電方達(dá)成意見統(tǒng)一，黑啟動(dòng)與費(fèi)黑啟動(dòng)的分布式電源在配電網(wǎng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)都有提高電壓的效果。因此，配電網(wǎng)變壓器故障出現(xiàn)后，備用分布式電源帶來(lái)較大的電流功率，應(yīng)當(dāng)實(shí)施科學(xué)化策略助力配電網(wǎng)恢復(fù)供電，保障配電網(wǎng)供電穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著近些年分布式電源在配網(wǎng)供電系統(tǒng)中逐步滲透，分布式電源所形成的影響也更加明顯，主要體現(xiàn)在配網(wǎng)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)損耗、電能質(zhì)量、可靠性等多個(gè)方面，而電壓質(zhì)量?jī)H僅是其中一個(gè)較為關(guān)鍵的方面。由于電壓質(zhì)量的好壞會(huì)對(duì)民眾的生活生產(chǎn)形成直接影響，如果把控不當(dāng)有可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以針對(duì)于分布式電源對(duì)配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響，應(yīng)當(dāng)采取控制電壓、儲(chǔ)存電能、恢復(fù)配網(wǎng)故障等方式，改善配網(wǎng)供電的質(zhì)量。