配电和微网中电能质量新问题的研究

崔俊海

（内蒙古乌兰察布电业局集宁供电分局，内蒙古 乌兰察布 012000）

通过微网能方便的供电和供能，是一种新型的电能网络化供应与管理的技术，这种技术的应用有利于能源的接入和分配，进而实现能源的最大化利用。微网系统在辅助设备的辅助下，向用户供能，还可以支持大电网，所以还能起到辅助大电网的作用。有关研究证实：微电网具有分布式发电电网的优点；可以作为独立模块运行，不会对大电网产生较大影响，大电网也无需进行改动；可以灵活的实现微网的开关；有效的辅助上级供电。可以看出微电网可以有效辅助对大电网，应用价值较大。但是，微电网也会对大电网产生一定的影响，主要表现为：开关微电网会对电网电压产生影响；还会对大电网的三相电产生影响；微电网容易产生谐波，会给电网带来谐波污染。

1 微电网存在的电能质量问题

1.1 微网中电源对电能质量的影响

微网中的电源都是分布式电源，其和传统的电源是不同的。这种形式的电源在规模小，容易受到影响。目前常用的微网电源有风力发电、燃料电池以及光伏发电等，但是这几种形式的电源都存在受外界自然环境影响的问题，进而给电网的电能带来影响，使得有微网的配电网系统出现电压不稳和闪烁的现象。

1.2 微网运行模式对电能质量的影响

目前微网的运行模式主要采用以下两种方式，第一种，把微网和配电网链接起来运行；第二种，微网检测到配电网络的故障或者电能质量问题后，自动断开与配电网的链接，独立运行；第一种称为联网运行模式，第二种称为孤岛运行模式。配电网发生故障，微网进入孤岛运行模式。在这个过程中，实现电能质量的无缝过度和不间断的电能供电是非常重要的。利用智能化配电技术，微网在孤岛运行情况下，运用负荷控制器和微发电控制器可以保证有足够的电能维持系统运行。微网在孤岛运行时，对电压和频率的控制是个难题。这也就影响到电能的质量，传统配电系统应用下垂方式。但是在微网中，因为有功功率和无功功率之间的强耦合关系，这个方法不能被直接的执行。

1.3 配电网与微电网系统交互对电能质量的影响

配电电网中，随着时间的推移无功电荷和有功电荷会导致电压的变化，而且越是到了电网末端，电压波动也越大，如果这些负荷都聚集在电网末端，电压变化更大。配电网中的电压和微网中的电压不同，其呈辐射状，并沿馈线潮流方向逐渐降低。而微网系统接入配电网后，在配电网末端，因为馈线的上传输功率减小以及微电网的输出无功支撑，从而使得电压逐渐升高。微网中分布式发电对接入配电网接入点的电压的影响有两种形式：第一中形式是微网中电源和配电网中的负荷协调运行。第二种形式是微网中电源和配电网中负荷不协调运行。

2 微网电能质量控制的关键技术

2.1 功率电流双环控制技术

微网中的分布式电源是利用电子逆变器和配电网相连的。这种逆变器的开关容易产生开关频率和倍频附近的谐波分量，进而影响到电网，给用户造成谐波污染。为了减少电子逆变器所带来的谐波危害，可以采用级联变流器的电路拓扑结构和功率电流双环控制方法来进行控制，这样可以有效降低谐波的产生。所以，采用级联多电平变流器可以更好的控制微网的电能质量问题。所以，可以根据这种情况设计级联型电平变流器来链接微网和配电网，这样可以节省逆变器的数量，还可以在较低开关频率下实现等效电平个数多、等效开关频率高的效果，同时还能获得更好的电能。

2.2 静止无功补偿器调压技术

静止无功补偿器的应用技术，其可以有效的对微网电压进行控制，同时提升电压的动态和静态的稳定性，并限制瞬时电压。其最主要的作用就是从电网中吸收或输送持续的无功功率，进而保证连接点的电压的稳定，这对于电网无功功率的稳定非常有利。静止无功补偿器有多种。微网中分布式电源影响电压，而且在分布式电源的链接处电压影响更大，所以把静止无功补偿器应用到分布式电源的节点处，根据分布式电源的入网情况来进行电压的调整，可以获得较好的效果。接入配电网的分布式电源可以通过不同的馈线，利用静止无功补偿器后可以电压下降，进而使得馈线电压也下降。当分布式电源不工作时，馈线电压下降较大，馈线电压几乎接近最低值，这时利用静止无功补偿器进行调压，可以确保电压的稳定，进而有效保障电能质量。

2.3 超级电容储能技术

超级电容是一种新型的储能元器件。它的特点是容量大、作温度范围广、快速充放电、循环寿命长、无污染、零排放等。微网为了满足用电的需要，所以要保证供电电能的质量，确保电压、供电频率、畸形波等的范围。利用逆变器可以对超级电容储能系统进行调节，进而给用户电网中提供无功及有功，以达到电能效率提升的目的。超级电容的独特特点决定了其可以快速吸收和释放电能，这样其应用到微网中，可以有效解决微网系统中的态问题，例如，停电、电压的不稳定，系统故障等等。这时候超级电容就派上了大的用场，可以快速的缓解微网中的电能问题。

以上分析可以看出，超级电容对于微网的电能质量管理非常适用，特别是对外稳定微网状态非常有效。超级电容可以使得微网从不稳定快速的过度到稳定状态，保证了微网的运行稳定。

2.4 发电并网逆变器滤波技术

重复控制技术的研究越来越深入，在配电和微网逆变器控制中，利用重复控制技术来消除谐波、添加谐波、无功补偿指令构造的多功能并网逆变器，无互联的、可自动追踪配电网功率分配的逆变器控制器等构成含分布式发电单元的配电网电能质量主动管理的主要内容。

2.5 微电网与配网动态无功发生器联合运行的无功电压调节技术

配电网因为受非线性、冲击性和不平衡负荷的影响越来越多，而且谐波污染，电压不稳等等都给电能质量带来了巨大挑战，也给用户带来了不利影响。配电网动态无功发生器可以解决上述配电网中遇到的问题。而微网作为配电网的一种辅助设备系统，它的特点是灵活、环保和高效。而且微网还具有有功与无功分级可调、功率响应积极等优点，配电网中接入微网是进入电网供电发展的趋势。这种两网相接的模式，改变了过去集中供电的形式。但是微网因为其特殊的电源分布形式和电子设备的使用，以及单相电设备，这使得两网相接时的电能质量并不理想，而且微网多在配电网的末端，微网孤岛模式的切换等都会带来电压的较大变化，从而导致两网合并并不容易。配电网动态无功发生器和微电网联合运行的无功电压协同控制系统，可以在不影响微网的情况下，把微网当成一个补偿系统，并根据微网容量进行分级，进而形成一个大的决策系统，从而保证接入点的电压稳定。这样发挥了微网的优势，也发挥了配电网动态无功发生器稳定微网的的作用，进而可以提供高质量的电能。

结语

微网中电能质量问题得不到有效的解决，那么微网和配电网的链接有不能更好的开展，所以，微网运行控制和微网及含微网电网的电能质量分析与控制是微网研究的关键技术，为微网应用于实际和大规模微网接入电网提供理论参考和技术支持。

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