基于分布式电源接入的电网电能质量分析与控制举措评估

文/胡江 傅浩 王家宝 孙琼 童劲松

在经济社会发展中，电网的关键地位不言而喻。当前经济社会呈现出高效化、智能化、协同化发展趋势，对电网电能质量分析与控制提出了新的要求，以提高电力能源供应的持续性与有效性，保障经济社会的持续健康发展。本文就此展开了研究。

1 电能质量问题的提出和意义

通常而言，电能质量是指电网所输送的电能电力对用电设备的匹配性，匹配系数越高，说明电能质量越好。在电力工程行业内，对电能质量涵义的诠释有多个不同侧重点，因而存在多种不同类型的概念界定。对于电力部门而言，电能质量则主要体现在电压的稳定性、频率的可靠性以及供电的连续性等多个方面；对于电力用户而言，电能质量则以满足用电需求为基准条件。

当前，由于电力需求的日益旺盛，为持续满足社会生产生活高企的用电需求，部分情况下影响了电能质量。在这种背景下，如果电能质量得不到有效控制与扭转，则会对社会正常生产生活构成严重威胁，甚至造成不可估量的重大经济损失，因此对电网电能质量进行有效分析与控制意义重大。

电网电能控制是一项系统性较强的工作，涉及要素多、涵盖范围广、技术要求高，需要以完善的电能质量监测分析技术为支撑。同时，为保障整个电力系统及用电设备的正常运行，综合考虑不同用电设备的差异化特征，既需要统一电能质量标准，降低因标准不统一对电能质量造成的负面影响，又要提高不同用户的协同性水平，避免用电设备之间的相互干扰，进而对电能质量实施科学监测与分析。

2 分布式电源对电网电能质量的影响评估

2.1 分布式电源对电压偏差的影响

在分布式电源接入电网的前提条件下，原有辐射状的网络会向着有源网络转变，其中涵盖了电源与负荷要素，并会造成功率起伏波动，对电网电压带来直接影响，形成电压偏差。电压所出现偏差的大小除与分布式电源密切相关外，还与电网系统传输的有功功率与综合电阻乘积关联密切。由于电网运行具有相对独立性，因此有功功率发挥的作用相对明显，综合电阻占据更为主动性的地位，因此电压偏差受该要素的影响更为显著。同时，由于分布式电源接入的方式与过程有所不同，对电网电压造成的影响也并不完全相同。

2.2 分布式电源对电压暂降的影响

一般情况下，在保证分布式电源接入方法合理的基础上，其对电压暂降的影响并非十分明显。需要指出的是，分布式电源的接入在某种程度上可有效缓解电压暂降波动幅度。

2.3 分布式电源对电力系统谐波的影响

分布式电源的主要表现形式有光伏发电、风力发电、燃料电池等，这些不同的形式通过电力电子装置实现并网。电力电子装置的主要作用在于传递电能能量，在传递过程中易出现电流波形变形，突破原有正常波动区间，无形之中提高了系统荷载，造成电力系统谐波出现。分布式电源接入谐波所造成的影响，与分布式电源容量、公共连接点供电设备容量等要素相关，其容量越高，则允许谐波的对应值则越小。

2.4 分布式电源造成的系统配变直流偏磁问题

逆变器在分布式电源接入过程中发挥着极为关键的作用，扮演着串联沟通的重要角色。部分情况下，由于逆变器自身存在参数失衡、脉冲不均等特点，易产生直流电流分量，控制不当会流入配电变压器，造成系统配变直流偏磁问题。

3 电能质量控制及改善措施分析

3.1 对于分布式电源接入造成的过电压控制措施

在线路载荷特定的情况下，为保持各处电压控制在合理范围内，要以电压控制理论为基础，根据馈线潮流的方向调整变压器分接头。为使分布式发电的接入对电网系统始终处于相对有利状况，做出相应调整的依据应为馈线负荷情况，将分布式电源与电网之间的交换容量控制相对较低状态。不管通过何种途径优化电压值，均要保持变电站母线电压高于额定值，这可有效控制馈线局部出现过电压状况。

3.2 接入位置不同造成电压影响的控制措施

3.2.1 需要对分布式电源接入变电站造成的低电压问题进行有效控制

通过调整低压侧母线电压，使其保持相对恒定。在该过程中，要提高控制措施的精准性，避免控制措施应用不当而对电网系统造成难以逆转的损伤。

3.2.2 需要对分布式电源接入末端造成的过电压问题进行有效控制

要依据电压分布曲线特征，将馈线首段及末端电压控制在合理范围内，并适度调控接入容量，防止上层线路电压稳定性遭受影响。为确保接入母线负荷馈线末端电压合理稳定，可适度提高母线电压，为接入的有序进行提供足够变量空间。为提高电压质量分析效果，要统筹线路诸多影响参数，合理预设分布式电源的限定范围，避免因线路过长而导致的末端电压升高。

3.2.3 需要对分布式电源接入线路调压器的负荷侧所导致的低电压问题进行有效控制

一般情况下，线路调压器接入线路相对较长，需要严格掌握调压器的安装时间节点，并调控其相应功率。

3.3 电压波动、闪变和暂降问题的控制举措

电压的波动、闪变与暂降等问题，是分布式电源接入电网过程中频繁出现的问题。对此，可选用合适的无功补偿设备，通过无功补偿技术的有效应用，提高输出能力，优化接入响应速度。

3.4 分布式电源接入产生谐波的治理

对于分布式电源接入造成的谐波问题，可通过如下方法予以控制。首先，对分布式电源进行优化升级，从技术方面降低谐波产生几率，或将谐波产生的幅度控制在科学合理范围内。这种技术方法是当前有效治理分布式电源谐波问题的最主要途径之一。其次，通过设定滤波器将产生的谐波予以消除。要充分确保滤波器的主要性能，使其充分立足既有电路，实现对谐波的阻断与吸收，降低谐波的流动范围，对负荷侧构建起有效保护屏障。

3.5 电网针对直流偏磁情况的抑制措施

在分布式电源接入的情况下，电网会产生直流偏磁问题，其产生原因在于由逆变器发出的直流分量会形成特定回路，对于阻抗系统的影响仅表现在电阻方面，因此影响程度更深。为有效抑制直流偏磁情况，可采取如下措施。

（1）控制直流电流数值；

（2）对直流电流进行有效隔离。

提高在中性点注入反向直流电流或降低变压器工况条件等方法，均可达到控制直流偏磁问题。但这些方法适用性较弱，仅对于配备数量相对较少变压器的线路适用，且前期经济投入相对较大，经济性明显不足。对于电网规模不足的情况下，则需采取专门措施对直流偏磁进行专项控制。随着电网规模的逐渐提高，直流分量的覆盖面将有效扩大，对相对单一变压器的影响便会被在无形之中消耗，因此可予以忽视。

4 在智能微电网框架下电能质量的研究方向

随着现代科学技术的持续快速发展，各类信息化技术、智能化技术开始应用于电网实践，极大地提高了电网的科技含量，优化了其整体运行效果，促进了电力工程事业的快速发展。在这种背景下，智能微电网迎来了重大发展机遇，体现出电网的智能化、集成化、互动化发展趋势。在智能微电网框架下更要高度注重电能质量控制。

（1）与一般电网系统相似，智能微电网的电能处于瞬间平衡状态，需通过现代化协调控制技术的有效应用，实现不同微电源之间的协调控制，提高微电网运行平顺性，降低其对主网的影响程度。

（2）要通过对分布式储能技术的有效应用，将电能输送到终端用户，同时将分布式电源及储能系统集成到电力主网中，使终端用户可通过微电网及主网共同获取电能供应，提高电能获取的及时性。

（3）要构建直流微电网，在微电网与主网之间配置特定逆变器，协调控制直流微电网效用的发挥，优化对直流微电网电源及电力负荷的补偿效果，降低无功功率造成的电力损耗。

5 结语

综上所述，在当前技术条件下，受工艺方法、经济发展阶段等要素的影响，分布式电源接入的电网电能质量分析及控制过程中依旧存在着多方面的问题，制约着电力能源的有效稳定供应，因此有关人员应该从电力工程的客观实际需求出发，充分遵循电网电能质量分析与控制的客观基本规律，制定切实可行的措施与方法，提高电网的连续稳定性，为经济社会有序发展保驾护航。