分布式電源參與的配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制策略分析

鄧世聰，康文韜，史帥彬，劉鵬飛，張 偉

（1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518048；2.天地電研（北京）科技有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求逐步提高，電力系統(tǒng)的覆蓋面越來(lái)越寬廣，能源耗費(fèi)越演越烈，尤其是電能的消耗。針對(duì)這種情況，可以將分布式電源應(yīng)用到配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制過(guò)程中，一方面能夠減少生態(tài)環(huán)境的污染；另一方面也可以減少不可再生資源的耗費(fèi)。

1 分布式電源主要形式概述

分布式電源應(yīng)經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器才能參與到配電網(wǎng)中；但是，分布式電源具備波動(dòng)性和隨機(jī)性等特征[1]。因此，無(wú)法全面利用其裝置。對(duì)于光伏發(fā)電而言，在太陽(yáng)光照十分充足的白天，可以保證逆變器的使用質(zhì)量和效率；在夜晚應(yīng)該把電力裝置和電網(wǎng)切離，一方面可以提高逆變器的實(shí)際使用效率；另一方面能夠確保配電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，有必要了解分布式電源的主要形式：太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電。

1.1 太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能包含太陽(yáng)熱和太陽(yáng)光，太陽(yáng)光發(fā)電主要是把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成電能，太陽(yáng)熱發(fā)電主要是把光照轉(zhuǎn)變成熱能，再把熱能轉(zhuǎn)換成電能。

第一，對(duì)于獨(dú)自運(yùn)轉(zhuǎn)形態(tài)下的太陽(yáng)能系統(tǒng)而言，太陽(yáng)能可以獨(dú)自運(yùn)轉(zhuǎn)，并且不用和發(fā)電裝置連接。這種發(fā)電方式適用于農(nóng)村，還可以廣泛應(yīng)用在通信等方面[2]。第二，并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)形態(tài)下的太陽(yáng)能系統(tǒng)是把光伏經(jīng)過(guò)電力裝置接入到配電網(wǎng)中，是配電網(wǎng)的一種補(bǔ)充資源，不需要使用蓄電池，只需將分布式電源和配電網(wǎng)進(jìn)行連接，將直流電能變成交流電能。這種方式主要是以各戶為單位。第三，對(duì)于分散型太陽(yáng)能系統(tǒng)，要想滿足人們的用電需求，需要安裝較小的發(fā)電系統(tǒng)為人們提供電能。這樣的系統(tǒng)容量不大，需要在太陽(yáng)光照射下運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而把太陽(yáng)轉(zhuǎn)換為電能，利用配電網(wǎng)調(diào)節(jié)使用情況。

1.2 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)能屬于可再生資源，風(fēng)能分布在世界各個(gè)地方，總量龐大?，F(xiàn)階段，隨著風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，風(fēng)能成為了世界上發(fā)展最快的資源。

第一，離網(wǎng)風(fēng)力系統(tǒng)最具代表性的特點(diǎn)是使用蓄電池存儲(chǔ)風(fēng)力電能，保障供電的可靠性和及時(shí)性。一般情況下，此系統(tǒng)使用在較偏遠(yuǎn)的地區(qū)。第二，并網(wǎng)風(fēng)力系統(tǒng)將吸收的風(fēng)能變?yōu)殡娔芎?，無(wú)法直接向配電網(wǎng)供應(yīng)，需要經(jīng)過(guò)大部分電子設(shè)備加強(qiáng)連接，把電能轉(zhuǎn)變成與配電網(wǎng)實(shí)際需求相符的電能，才能夠保證配電網(wǎng)的正常使用。這種系統(tǒng)應(yīng)建立在風(fēng)能更多的位置，使用臺(tái)風(fēng)機(jī)構(gòu)建立一個(gè)較大的配電網(wǎng)供電，是當(dāng)前應(yīng)用最為寬廣的風(fēng)力發(fā)電方式。第三，多分散型系統(tǒng)最具代表性的特點(diǎn)是不只是單獨(dú)供電，也可以和光伏等合作，進(jìn)而向配電網(wǎng)提供更多電能，更加適用海上導(dǎo)航等。

2 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平得到了提高，人們對(duì)電能質(zhì)量方面的要求也越來(lái)越高。因此，要將分布式電源廣泛應(yīng)用在配電網(wǎng)中，有效保證配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，滿足人們的實(shí)際電能需求，進(jìn)而保證人們的正常生產(chǎn)和生活，促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

2.1 分布式電源對(duì)穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量的影響

現(xiàn)階段，常用的分布式電源非常多。在接入到配電網(wǎng)后，不是正常意義上的單向供電，是負(fù)載和分布式電源共同存在，能量應(yīng)是雙向或者多向流動(dòng)的。分布式電源的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)特征一方面被外界因素所影響，另一方面和發(fā)電機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。當(dāng)前，電力系統(tǒng)得到了多方面的支持，對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生了重要影響。

在光伏經(jīng)過(guò)逆變器的實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，要想獲得頻率相同的電壓，系統(tǒng)中應(yīng)增添更多的電力設(shè)備以滿足系統(tǒng)要求。如果其頻率處在諧波范圍中，此系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)諧波方面的污染。

在風(fēng)力機(jī)經(jīng)過(guò)逆變器和整流器進(jìn)行共同運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)殡娏ζ骷脑鎏?，不能忽視出現(xiàn)的諧波電流。電機(jī)的變流器長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)，如果設(shè)計(jì)出更好的濾波器，可以降低諧波問(wèn)題，甚至忽略其產(chǎn)生的影響。如果器件頻率長(zhǎng)期處在諧波范圍中，會(huì)出現(xiàn)十分嚴(yán)重的諧波問(wèn)題，甚至是對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大程度的影響。通常情況下，諧波頻率由濾波裝置所決定。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電力器件逐步被改進(jìn)，和傳統(tǒng)變流器相比，使用先進(jìn)設(shè)計(jì)手段的變流器出現(xiàn)諧波問(wèn)題較少。雖然變流器也會(huì)形成相應(yīng)的高諧波，但是其頻率高，易濾除。

2.2 分布式電源對(duì)暫態(tài)電能質(zhì)量的影響

當(dāng)電力系統(tǒng)中進(jìn)入分布式電源后，因?yàn)闊o(wú)法形成和電力系統(tǒng)相符的電壓，所以在將分布式電源接入配電網(wǎng)中時(shí)，應(yīng)使用某些器件實(shí)現(xiàn)整流，讓其和配電網(wǎng)實(shí)際需求相符。但是，這樣的器件會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，配電網(wǎng)、分布式電源的停止和啟動(dòng)都會(huì)被外界因素影響，進(jìn)而造成電力系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。

3 分布式電源參與的配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制策略

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，在配電網(wǎng)中接入了許多負(fù)荷，使得配電網(wǎng)的實(shí)際電能質(zhì)量逐步降低，進(jìn)而降低了供電設(shè)備的可靠性和安全性，同時(shí)降低了電能的利用成效，增加了電力設(shè)備與配電網(wǎng)的耗損，出現(xiàn)能源浪費(fèi)現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，分布式電能被廣泛應(yīng)用到了配電網(wǎng)中。但是，因?yàn)槠渚邆洳▌?dòng)性和隨意性的特征，引發(fā)了電能質(zhì)量方面的問(wèn)題。因此，需要采取相應(yīng)的控制策略，保證配電網(wǎng)的電能質(zhì)量和配電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1 保障配電網(wǎng)的無(wú)功電源充足

足夠的無(wú)功電源一方面可以保證電壓的穩(wěn)態(tài)性，另一方面削弱了各種負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響。如若沒(méi)有足夠的無(wú)功電源[3]，大部分電能質(zhì)量控制設(shè)備和科學(xué)技術(shù)會(huì)由于電壓降低無(wú)法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的性能，某些設(shè)備在調(diào)整低電壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)功缺額現(xiàn)象。所以，應(yīng)該根據(jù)無(wú)功功率實(shí)際情況合理配置電源，這也是保障電能質(zhì)量的基礎(chǔ)條件，尤其是在較大功率的負(fù)荷方面。

3.2 合理配置電能質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)，應(yīng)用現(xiàn)代化控制設(shè)備

有效控制電能質(zhì)量的方法很多。例如，調(diào)整變壓器的各個(gè)接頭，可以保證電壓的可靠性和穩(wěn)定性，進(jìn)而全面保障電壓質(zhì)量。這種方式雖然可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，但是其調(diào)節(jié)成果會(huì)受到彼此之間的影響。所以，在滿足無(wú)功供給的前提下，要全面、合理地協(xié)調(diào)電能裝置，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，建立完善的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。在分級(jí)控制過(guò)程中，可以將數(shù)據(jù)信息限制在較小的范圍內(nèi)，讓上級(jí)對(duì)下級(jí)展開(kāi)協(xié)調(diào)作業(yè)，這是人們認(rèn)同的控制手段。而分布式控制辦法依然沒(méi)有形成統(tǒng)一的方案。

3.3 滿足用戶電能質(zhì)量需求的電力技術(shù)

用戶電力技術(shù)主要是有效整合功率技術(shù)和配電技術(shù)，將用戶對(duì)電能質(zhì)量的實(shí)際要求作為重要根據(jù)，為用戶配置合理有效的電能。電力企業(yè)能夠使用用戶電力技術(shù)和新型設(shè)備，在電力系統(tǒng)中獲得用戶所需要使用的電能。一方面能夠制約電力系統(tǒng)中發(fā)生的短路問(wèn)題，另一方面保證用戶電能使用的可靠性和穩(wěn)定性，調(diào)整其電壓等。配電網(wǎng)控制技術(shù)能夠在滿足用戶電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上，解決電力系統(tǒng)中存有的暫態(tài)現(xiàn)象，是電能質(zhì)量有效控制階段。

4 結(jié) 論

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的電能需求在不斷提高，出現(xiàn)了能源大量消耗的現(xiàn)象。在這樣的情況下，分布式電源得以快速崛起，一方面可以減少生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題，另一方面也可以減少不可再生資源的消耗。分布式電源參與到配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制過(guò)程中產(chǎn)生了很大影響，因此要采取相應(yīng)的策略，滿足人們的電能質(zhì)量需求，推動(dòng)配電網(wǎng)中分布式電源的健康可持續(xù)發(fā)展。