分布式电源对配网供电电压质量的影响与改善

王林

摘 要：分布式电源是从上个世纪80年代中后期开始出现的一种供电模式，由于电力技术不断进步，世界上的电力工业逐步由集中型的供电模式向集中、分散复合型供电模式转变，分布式供电模式可以调动丰富的电力能源对配网进行供电，而且在配电运转过程中不会给周围带来任何污染。分布式供电模式的出现使配电系统由单一的电源輻射性供电网络转变为用户电源互联型的供电网络，给用户提供了很大的便利。本文对分布式电源的配网供电电压运行影响和分布式电源的电压质量改善策略两个方面进行研究，为配网供电质量的改善提出参考意见。

关键词：分布式电源；配网的电压质量；电压评估方式

由于我国不可再生资源的日渐枯竭和坏境污染的日渐严重，我国政府加大了对电能、太阳能、水能等可再生清洁能源的利用。随着人口的增多，用电量逐年增大，我国的配网供电系统已经出现了一些弊端，由于人均用电量的增大，单一的辐射型供电模式已经满足不了我国人均的用电需求。为了应对这种弊端，在我国的电力产业中逐渐出现了DG技术、分布式供电模式等新的研究热点，其中分布型供电模式由于投资成本较少、耗能较少，受到了许多电力专家的一致好评，成为了我国电力工业在本世纪内最主要的发展方向之一。

1 分布式供电方式的分类和定义

1.1 定义

分布型供电方式和集中型供电模式、远距离的供电模式和互联网型供电模式与传统供电模式不一样，是由一种以通常功率为1KW到50MW的小型模块式独立电源一起组成，这些独立电源与周围的环境相互兼容，而且这些独立电源可以由公共电力部门所有、可以由用户自己所有，甚至可以由第三方所有，是一种可以满足电力系统发电要求和用户特殊需求的新型供电方式。从广泛的定义上来讲，分布式的独立电源可以是用户安装的任何自主型发电设施，也包括热电、冷电联产，也包括冷热电联产等各种蓄能措施和技术，不考虑这些发电设施的功率规模大小和能源的使用方式。从某种意义上来说，我国的小机组发电设施、火电型发电设施、热电型发电设施都属于分布式供电设施。

1.2 分类

分布式供电电源在不同的研究领域里分类方式也不一样，例如在能源的再生利用研究里，分布式供电电源可以被分成两类，第一类为利用可再生能源进行发电的电源，这种电源一般会利用风能、热能、太阳能等清洁能源进行发电；第二类为利用不可再生能源进行发电的电源，这种电源主要利用固体燃料进行发电，例如燃料电池、发电轮机等。根据分布式供电电源和总电力系统的连接形式，分布式供电电源可以分成两类：旋转型的供电电源和逆变器型的供电电源。

2 分布式电源对配电网系统运行的影响

2.1 对电压分布运行的影响

分布型电源在接入配电网运行系统的时候，配电网供电系统会有以前的发射型供电模式转变为多电源的发电模式，由于是多电源发电，而每一个电源所形成的电压分布不尽相同，所以分布型发电电源越靠近电源线路末节对电源线路电压分布的影响越大，分布型发电电源越靠近供电系统主线路对电源线路的电压分布影响越小。

2.2 电压闪变

传统的供电网络的电压闪变现象是由于电压负荷不稳所引起。随着分布型供电电源启用，引发电压闪变的原因也开始增多，这些原因主要有三种：第一种，分布式电源的运行权和使用权归该分布电源使用者所有，可能电源在日常的运行中会出现随机启动和停止的情况出现；第二种，使用新型再生能源的分布型供电电源可能会受到天气和当地气候的影响，热点联产供电机组的日常处理也可能会根据当地用户的需求进行供电调整；第三种，分布型供电电源的电压控制设备和主供电系统电压控制设备相互影响，造成电压闪变现象的发生。

2.3 电压跌落

在发生变压器三相短路的时候，电网工作人员可以通过安装分布型电源太高变压器的电压，改善电网容易发生电压的情况，而且分布型电源注入的功率越大，变压器改善的效果也就越好。分布型电源可以分为同步机和逆变器两种形式，由于同步机分布型电源在对电压功率调整信号的反应速度上要远慢于逆变器分布型电源，所以，同步机分布型电源的改善电压跌落的续航时间要远少于逆变器分布型电源。

在变压器任何一个单相故障的时候，分布型电源对已经故障的相有电压太高的作用，在一定程度上可以有效地阻止变压器电压跌落的情况发生，而且电源输出的功率越大，改善效果越好。对于其他没有故障的相来说，分布型电源输出功率的增加，各网络节点的电压也会有上升的情况出现，而且分布型电源的电压容量越大，其他没有故障的相的电压也会相应增大，超出变压器定额电压的情况也会越严重。

2.4 谐波

分布型是通过电力设备构件的变流装置接入总配电网的，电源的频繁开关会产生开关、电源周边的谐波分量，对于配电网本体产生谐波污染。根据相关研究表明，在分布型电源接入电网的位置不变的情况下，电网馈线上产生的电压谐波畸变率是由分布型电源的总功率决定的，总功率占电网的总负荷比重越高，电网上同一条馈线的谐波畸变率也就越大，畸变严重的电网馈线谐波畸变率可能会超过电网谐波电压的电压限制和畸变率安全值。由于分布型电源安装在电网的不同位置上，电网上各条馈线上的谐波畸变率也有着较大的差异，分布型电源的安装位置越靠近电网的线路末端，电网馈线的各网络节点的谐波电压畸变率越高，如果分布型电源离电网系统的母线越近，电网馈线的各网络节点的谐波电压畸变率越低。

虽然分布型电源会给总配电网络造成许多供电质量上的问题，但分布型电源也可以改善电流质量，每当配电网络工作负荷较大的时候，备用分布型电源应该有快速地、计划地投入使用，这样可以有效地提高配电网的供电稳定性。

3 对电压的质量进行改善

3.1 控制电压

与旋转型的分布式供电电源比起来，逆变型的分布式供电电源具有更大的优势，在电容量相同的情况下，逆变型的分布式供电电源对主供电系统的节点电压影响更小，虽然可能在风能和太阳能等再生能源的影响下，出现发电量会不稳定现象，对供电系统的节点电压所造成的影响较小。但当这一现象出现时，逆变型的分布式供电电源并不能对供电系统内的电压波动问题进行解决。为了解决供电系统的电压波动的问题，电网管理人员可以对旋转型的分布式供电电源进行应用，因为在渗透率相同的情况下，旋转型的分布式供电电源所提供的短路电流要大于逆变型的分布式供电电源，所以在无任何外界控制的情况下，旋转型的分布式供电电源可以很好地解决主供电系统的电压质量问题。

3.2 储存能量

对于可再生能源的应用而言，发电量的不稳定是难以避免的问题，如果想要使用清洁能源进行发电的供电电源保持发电量的稳定，就必须在主供电系统内部进行能量的储存。同时为了减少主供电系统内的短路容量，尽可能地不要设置

专门的储能节点进行电能的储存，而是应该将电能储存到DG的发电单元里，实现分布型电能储存。最常见的电能储存手段包括蓄电池储能、电容器储能以及飞轮储能等。

3.3 配电网的故障恢复

在电网变压器发生故障的时候，作为备用的分布型电源可以被分为BDG和NBDG两种，要使用分布型电源用电方要和供电方尽快达成一致，BDG和NBDG在电网变压器发生故障的时候均有提升电压的作用。所以在电网变压器发生故障的时候，在备用分布型电源注入的电流功率较大的情况下，需要采取合理的策略帮助电网恢复供电，提高电网的供电稳定性。

4 结语

本文对分布式发电模式的配网电压质量改善提出了一些建议，首先分布式发电电源虽然稳定，但用户的电源相互连接之后会使电源电压产生较大的波动，另外，虽然分布式供电模式可以抑制配网电压的闪变问题，但在短路容量上也受到了比较大的限制，对于这些问题，电网管理人员可以通过对分布式电源的并入点进行电压控制。分布式供电模式是一种比较符合发展潮流的新型供电方式，这种供电方式以其特有的优点逐渐地在现代的供电体系中发挥着越来越明显的作用，如何根据分布式发电模式的优点来制定发电策略是现在的配电网管理人员必须要考虑的事情。

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