关于分布式电源并网对电能质量的不利影响与评估分析

关于分布式电源并网对电能质量的不利影响与评估分析

杨栋

（国网山东省电力公司莱芜供电公司山东莱芜271100）

摘要：近年来，关于分布式电源的相关研究已经取得了阶段性成果，其在整个电力行业所占的比重逐年增加，因此，分布式电源不可避免的会对传统的电力系统的各个方面带来影响，比如配电网的电能质量、系统稳定性、继电保护等，其中，电能质量是评价电网好坏的一个重要方面[1]。因此，研究分布式电源并网对电能质量的影响尤为重要，不仅能准确的掌握并网后电网电能质量变化情况，更为分布式电源未来的发展提供指导。本文着重从分布式电源并网对电能质量影响评估方法上进行了分析。总结了分布式电源并网对电能质量的不利影响，构建了风电并网模型和光伏发电模型，进行了含分布式电源配电网的电能质量评估。

关键词：分布式电源；并网；电能质量；评估方法

0引言

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，用电量逐年攀升，用电负荷正不断加大。单纯的采用传统的电力系统，通过电网的扩展，存在很多无法忽视的问题，如经常发生的大面积停电事故、偏远地区高昂的输电费用、无法灵活跟踪负荷变化等[1]。并且，传统发电过程大多以不可再生的化石能源为原料，发电过程伴随大量废气和废水的排放。在能源和环境问题日益恶化的今天，节能、环保的发电方式是大势所趋。智能电网作为一种可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的新型电网，正在受到越来越多的关注。分布式发电，一种新型的发电技术，是智能电网中的一个重要组成部分，它不仅节能、环保、经济、高效，还能避免远距离的能耗问题，实现就地智能电网，使用灵活。分布式发电受到了世界范围内科学研究工作者的关注和重视，是现在电力系统一个新的研究热点。

1分布式电源并网对电能质量的不利影响

分布式电源的不断接入会对整个配电网的电压质量造成严重的影响。分布式电源的接入将带来一系列的电力扰动问题，如由于发电机组所输出的有功功率的变化导致的电压波动，单相发电机接入配电网所引起的不平衡问题，由于分布式电源接入引起短路电流水平增大导致电压暂降特征的改变等。

当前国内外许多电力工作者都对分布式电源接入对配电网的影响进行了研究，总结其研究成果，分布式电源接入配电网的电能质量所造成的不利影响主要有以下两个方面：

（1）传统的配电网一般是呈现辐射状的，在稳定的运行状态下其沿着潮流的方向电压将逐渐降低，在接入分布式电源后整个馈线上的传输功率将大为减少，这样就使线路上负荷节点中的电压增大，有可能导致其超标。

（2）在分布式电源中由于含有大量的电力电子器件，因此其并网后将产生大量的谐波，对配电网造成谐波污染。

（3）由于分布式电源的起停和许多因素有关，其经常会发生不规则起停，特别容易造成其功率输出发生波动，导致电压控制设备受到影响，造成整个配电网发生电压波动。

（4）如果出现了配电网的负荷与分布式电源运行不协调的问题，也将对整个配电网的电能质量造成影响。

当分布式电源的总体发电容量与整个配电网变化一致时，其将会对系统的电压波动进行抑制，反之则会加剧系统的电压波动。同时，合理选择分布式电源的容量、并网位置及控制方式，减小配电网线路上潮流的变化都会减小分布式电源并网影响。

2风电并网模型

当前，我国所有的风力机组发电方式都是由风力发电机构成风力发电场，其所发出的电能传输至大电网完成并网运行。本文所建立的风电场模型如图1所示。

该风电场一共由33台1.5MW的双馈电机构成的，其通过三回输电线路连接至35kV配电网中，然后通过变压器将其与110kV主电网进行联系。对该配电网进行降压后其将对两个10kV的负荷进行供电。

3光伏发电并网模型

光伏电池的原理是利用半导体材料将太阳能直接转换为电能，其基本特性与二极管非常类似，因此可将其看作是半导体型二极管。当光子入射至半导体时，其将与半导体材料发生相互作用，进而产生电动势[2]。在理想的情况下，可将光伏电池等效为一个由理想二极管和电流源并联的电路，其等效电路如图2所示。

根据其等值电路图，可得到光伏电池的方程如下：

Ipv表示为光生电流，I0表示为饱和电流，Vt=NSKt/q，NS为光伏电池数，α值一般取1~1.5。

4含分布式电源配电网的电能质量评估

分布式电源接入后电能质量评估的目的，主要为是了检验现有限值对并网后电网电能质量约束的有效性。如果电能质量指标超过了限值，则应该对分布式电源并网后的电网采取适当的措施来抑制电力扰动，使电能质量各项指标控制在可接受范围之内。

传统的电能质量指标可应用于评估传统电网的电能质量水平，除此之外，也可用来评估含有分布式电源的配电系统。然而，近些年来新提出的一些指标更能体现出分布式电源接入前后对电能质量的影响变化，因此也更适合评估含分布式电源的电网系统的电能质量。

假设某个电能质量的指标为Q，当分布式电源接入前其为Q1，分布式电源并入后其为Q2，这样就可以得到分布式电源并入后电能质量百分比的变化率：

当分布式电源接入后，负荷节点处的电压偏差95%的变化量ΔU95Vi定义为：

通过系统影响性指标，可以显示其分布式电源安装地点对电能质量指标的影响。

通过计算系统影响指标不但能够找到电力扰动得到最大程度改善时的DG接入点，而且它还可以表示电能质量指标对DG的功率大小的敏感度，因此对选择合适的DG接入容量、接入方式具有重要的指导作用。

表1是通过计算得到的分布式电源接入不同位置时的总谐波畸变率变化量的系数指标。

对表1中的数据进行分析：首段、中断和末段的电能质量百分比的变化率相同，电压偏差95%的变化量逐渐增加，电能质量的系统影响指标逐渐降低，总谐波畸变率的系统变化量均为负值，而且指标离母线越近系统变化量指标就越大，也就是说明其越有利于减小系统谐波畸变的恶化程度。上述分析的变化规律与监测点变化规律是一致的，与实际情况也是十分吻合的。因此，可以肯定本文中研究的系统指标可以有效的反映出分布式电源接入系统电能质量的变化情况，为分布式电源接入系统电能质量的影响提供了一种新的评估方法。

5结论

分布式电源并网对整个配电网的电能质量会造成严重的影响，应加强分布式电源并网的研究，建立更加合理的分布式电源模型，提出更加合理的指标，对分布式电源并网后的电能质量进行更加合理的评估。

参考文献：

[1]缪源诚.大型海上风电场并网对配电网的影响探讨[J].供用电，2010(3)：5-7.

[2]崔金兰，刘天琪.分布式发电技术及其并网问题研究综述[J].现代电力，2007，24(3)：53-57.

作者简介

杨栋（1989.05），男，华北电力大学电气工程及其自动化学士，研究方向：配电技术