分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響和改善

李娜

摘要：人類社會(huì)發(fā)展的腳步愈來愈快，對(duì)地球上各類自然能源如煤、石油等的消耗日益增多。那么發(fā)掘新的可供人們使用的資源，并且將其運(yùn)用到發(fā)電系統(tǒng)中是現(xiàn)代社會(huì)的當(dāng)務(wù)之急。分布式電源（DG）種類眾多，在配電網(wǎng)中普遍應(yīng)用的是利用風(fēng)能的風(fēng)力發(fā)電和利用太陽能的光伏發(fā)電。在集中發(fā)電和大電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代電力系統(tǒng)正逐步向含有分布式電源的新型電網(wǎng)發(fā)展。然而，隨著DG對(duì)配電網(wǎng)滲透率不斷提高，電網(wǎng)的電壓質(zhì)量不可避免的受到影響，需要引起人們的重視。

關(guān)鍵詞：分布式電源;配電網(wǎng);電壓

1分布式電源的優(yōu)點(diǎn)

1.1成本低、靈活變通

分布式發(fā)電電源通常體積小、占地空間小、施工周期短，特別適合用在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、相對(duì)閉塞的鄉(xiāng)村地區(qū)，通過布設(shè)微型分布式電源，實(shí)現(xiàn)地方資源的有效利用，能實(shí)現(xiàn)就地發(fā)電，達(dá)到電能的充分供應(yīng)，而且分布式發(fā)電相對(duì)靈活、變通，電力負(fù)荷能夠被靈活調(diào)控，啟動(dòng)也較快。

1.2維護(hù)配網(wǎng)的安全性

DG設(shè)備可以表現(xiàn)備用電源的功效，從而繼續(xù)供電，減少斷電危險(xiǎn)。并且峰谷電價(jià)時(shí)，DG設(shè)備也可以保護(hù)供電的安全性，操控電費(fèi)成本，分布式電源設(shè)備處于相對(duì)獨(dú)立的工作狀況，不會(huì)同大電網(wǎng)相混淆，即便大電網(wǎng)出現(xiàn)問題，依然可以保證正常工作，維護(hù)用戶供電。

1.3利于環(huán)保，能源高效利用

分布式發(fā)電技能屬于科學(xué)、先進(jìn)的技能，其所排放的污染物較少，能量轉(zhuǎn)化率較高，并且能夠?qū)崿F(xiàn)能源的循環(huán)利用，有利于操控環(huán)境污染，電源一般間隔用戶較近，這樣就縮短了供電間隔，操控成本，保證能源被充分利用。

1.4實(shí)惠用戶

分布式電源在電力系統(tǒng)的引入，打破了傳統(tǒng)的公共電網(wǎng)的供電壟斷地位，形成了多元化供電格局，形成了供電職業(yè)新一輪的競爭，有利于電價(jià)愈加公平化、合理化，并且競爭形勢推進(jìn)供電方不斷改進(jìn)完善自身的供電服務(wù)，最終為用戶帶來實(shí)惠。

2分布式電源模型

2.1分布式電源節(jié)點(diǎn)類型

目前，根據(jù)分布式電源的接口類型、控制特點(diǎn)及其自身的運(yùn)行情況將分布式電源節(jié)點(diǎn)分為：PV節(jié)點(diǎn)、PQ節(jié)點(diǎn)、PQ（V）節(jié)點(diǎn)和PI節(jié)點(diǎn)四類。其中PV節(jié)點(diǎn)類型，是有功且電壓恒定的節(jié)點(diǎn)，對(duì)于PV節(jié)點(diǎn)來說，要想維持恒定的電壓值，需要具有足夠的無功容量，以保證電壓的恒定，PV節(jié)點(diǎn)具有可調(diào)節(jié)電壓的勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，而且PV節(jié)點(diǎn)的雙饋型風(fēng)機(jī)、燃料電池、光伏及微型燃?xì)鈾C(jī)都具有電壓控制型的電力電子裝置作為并網(wǎng)的接口;PQ節(jié)點(diǎn)類型發(fā)出的有功和無功都是一個(gè)恒定值，其計(jì)算方法相對(duì)簡單，且對(duì)其潮流的處理比較方便，但是這類節(jié)點(diǎn)也存在一個(gè)問題，那就是其實(shí)際值與理論值的偏差較大;PQ（V）節(jié)點(diǎn)類型分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)兩類，其中無勵(lì)磁系統(tǒng)或勵(lì)磁電壓恒定的同步發(fā)電機(jī)，發(fā)出的無功功率大小和發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓有關(guān)，而異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組沒有勵(lì)磁系統(tǒng)，它是靠接入電網(wǎng)通過吸收電網(wǎng)中的無功功率來建立勵(lì)磁磁場，在此過程中異步發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)中無功功率的吸收需求與其發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓有關(guān)，因此對(duì)于同步分布式發(fā)電機(jī)和異步的分布式發(fā)電機(jī)都是作為PQ（V）類型的節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行處理的;PI節(jié)點(diǎn)類型較為特殊，它是采用電流控制型的電力電子裝置作為入網(wǎng)接口的分布式電源，它可以輸出恒定的電流。

2.2潮流計(jì)算處理

目前，潮流計(jì)算處理廣泛采用的方法是牛頓-拉夫遜法，牛頓-拉夫遜法具有良好的收斂能力，利用該方法不僅可以對(duì)各類常規(guī)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接的處理，而且在各種不同種類的分布式電源進(jìn)行算法改造的時(shí)候提供更加便捷的條件，同時(shí)牛頓-拉夫遜法也適用于配電網(wǎng)潮流計(jì)算。因此，選用牛頓-拉夫遜法對(duì)各節(jié)點(diǎn)類型進(jìn)行潮流計(jì)算。對(duì)于可處理為PQ和PV兩類節(jié)點(diǎn)類型的分布式發(fā)電技術(shù)（DG），可直接使用牛頓-拉夫遜法進(jìn)行潮流計(jì)算。對(duì)于處理為PQ（V）節(jié)點(diǎn)類型的DG，需要分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩種類型來進(jìn)行討論。

出為定值時(shí)，可利用公式推導(dǎo)出無功功率與有功功率及機(jī)端電壓的關(guān)系，當(dāng)無功功率為負(fù)數(shù)時(shí)，則說明異步發(fā)電機(jī)在從電網(wǎng)中吸收無功功率。對(duì)于PI類型的節(jié)點(diǎn)，由于已知其恒定的有功輸出和接入電網(wǎng)的電流，可由電壓、電流、有功功率和無功功率的關(guān)系求出DG輸出的無功功率。

3對(duì)于分布式電源影響配電網(wǎng)的解決對(duì)策

3.1關(guān)于提高配電網(wǎng)穩(wěn)定性的有效策略

當(dāng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性受到威脅時(shí)，工作人員必須馬上切斷風(fēng)電機(jī)組或是風(fēng)電場的運(yùn)行，以此來控制接入地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。如果在傳輸線發(fā)生短路后并沒有立即切斷風(fēng)電場，那么就會(huì)嚴(yán)重影響到主節(jié)電壓的穩(wěn)定性;如果及時(shí)切除，主節(jié)點(diǎn)的電壓就會(huì)慢慢的逐漸穩(wěn)定下來。由此可見，在故障發(fā)生后，必須要立即斷開分布式電源，這對(duì)能否使配電網(wǎng)的電壓一直保持在穩(wěn)定狀態(tài)有很重要的意義。

3.2關(guān)于配電網(wǎng)正常運(yùn)行的有效策略

當(dāng)配電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)問題的時(shí)候，會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)都造成嚴(yán)重的威脅。因此，必須要施行有效的保護(hù)措施來避免這種情況的發(fā)生。例如在出現(xiàn)事故，自動(dòng)重合閘開斷后，必須要立即切除分布式電源，只有這樣才能確保保護(hù)裝置正常工作。除此之外，有些分布式電源的調(diào)峰作用比較差，這樣會(huì)嚴(yán)重阻礙配電網(wǎng)的正常調(diào)度功能。對(duì)于這種現(xiàn)象，首先要提高分布式電源的功率預(yù)測精準(zhǔn)度，將其功率準(zhǔn)確的測出，然后把風(fēng)電功率疊加到負(fù)荷預(yù)測的曲線上，最后根據(jù)相關(guān)規(guī)定的系統(tǒng)調(diào)度方式來安排電源的正常發(fā)電，從而優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行的每個(gè)環(huán)節(jié)。

3.3提高配電網(wǎng)電壓和電流質(zhì)量的有效策略

對(duì)于這種情況，一般情況下都是首先盡可能的減小分布式電源對(duì)配電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的影響。方式有很多種，例如：加強(qiáng)配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、并聯(lián)電容器組以及采用雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組等等。這些方式可以有效的改善分布式電源接入?yún)^(qū)電壓與電流的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

3.4DG對(duì)配網(wǎng)電壓調(diào)整的控制策略

目前，DG對(duì)配電網(wǎng)電壓調(diào)整的控制策略主要包括以下幾點(diǎn)：（1）研制一種能參與DG運(yùn)行控制的新型DG自動(dòng)發(fā)電控制策略，通過調(diào)整DG自身的出口電壓來控制與配電網(wǎng)相接入的電壓;（2）對(duì)小水電勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母纳?，以增加其系統(tǒng)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的能力，同時(shí)加強(qiáng)小型水力發(fā)電系統(tǒng)的管理，盡量避免工作人員誤關(guān)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)而改為手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)，因?yàn)檫@樣的小失誤將使發(fā)電機(jī)組滿載輸出的有功功率成為“欠勵(lì)磁”運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致無功缺乏，使配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的接入電壓偏低，對(duì)配網(wǎng)電壓的穩(wěn)定造成不利影響;（3）在豐水期時(shí)，水電出力大，在重載運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)電壓偏高、無功功率盈余過大，故應(yīng)對(duì)其水電出力進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲簻p。在枯水期時(shí)，水電出力可能出現(xiàn)不足，出現(xiàn)無功缺失，應(yīng)注意分時(shí)組織對(duì)部分電站或機(jī)組多發(fā)無功以彌補(bǔ)接網(wǎng)時(shí)的無功不足?？偟膩碚f就是根據(jù)水電站的實(shí)際情況，對(duì)水電站進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行調(diào)整，對(duì)接入配電網(wǎng)的電壓進(jìn)行有效的控制。

4結(jié)論

分布式電源的配電網(wǎng)過電壓是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及的問題包括多目標(biāo)求解和多因素等的優(yōu)化問題，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)算法優(yōu)化的要求越來越高，選擇、改進(jìn)合適的優(yōu)化算法對(duì)含DG的配電網(wǎng)過電壓有著重要意義。并且分布式電源的配電網(wǎng)會(huì)越來越重要和廣泛。因此，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)過電壓和相關(guān)算法的研究，才能迅速提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益、穩(wěn)定性、安全性和可靠性。

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