对微电网电能质量分析的研究

2018-04-12傅利成

电气技术与经济 2018年4期

傅利成

（国网嘉兴供电公司）

0 引言

微电网的概念是与大电网相对应的，微电网是根据一定的拓扑结构组成的多个分布式电源，将分布式电源经过静态的开关连接到常规的电网设计中。微电网具有多种优势，在当前电网结构中得到了广泛的应用，如自我管理、自我控制与自我保护系统等。电能的质量影响微电网的正常运行，提升微电网的电能质量对于微电网具有重要作用，本文分析了微电网电能质量的影响因素以及微电网的运行条件等。

1 微电网电能质量的研究意义

微电网电能质量的研究意义探究，首先应对影响电能质量的因素进行分析，对电能电流的特殊性展开研究。为了确保供电设备和线路的正常运转，需要对电力系统的稳定性情况进行分析，从而更好地适应电能系统的应用。

1.1 影响电能质量的因素

人们的生活和工作离不开电能资源，而电能资源是可以由多种能源转换而来的，为了保证用户能够获取高效、安全、稳定、持续的电能资源，电力系统的维持应符合一定的质量要求，确保供电设备和线路能够正常工作不受干扰而中断，而这种物理特性就是电能质量。影响电能质量的因素有多种，包括电压偏差、接入电网的容量、电网中的谐波污染以及低压配电网中的负荷等因素。电压的偏差会使输电线路输送的功率极限受到影响，电压低或者无功功率使整体运行的电压不稳定，从而使电力系统产生不稳定的情况。发电机受电压不稳定状况的影响，会降低运行的效率，影响发电机的正常使用寿命。一连串的连环反应对电力系统的正常运营构成了严重的威胁，导致电动机铁心损耗加大。

接入电网的大容量冲击性负荷的特点是功率迅速变化，曲线波动为锯齿形状，会导致频率不断发生波动。频率的变化会影响火力发电厂中的水量和风量的供给，使锅炉运转出现不正常现象，威胁电网电能质量。

在低压配电网中，由于用电用户通常属于单相负荷，负载不同用电时间和电网三相电流也不平衡。三相不平衡的状况会导致配电网变压器负载减轻，变压器的出力会相应降低，抗过载能力不断地减弱；不平衡的现象还会导致配电网变压器出现额外的损耗，其中负序的分量产生的磁场对电动机制动效果具有一定的影响，电动机的效率就会出现相应的下降。

2.2 微电网电能质量的特殊性

随着电能技术水平的提高，分布式电源特性通过电力装置组成了微电网，在满足并网的要求以后接入到电网中去，分布式的电源可以作为环保的清洁能源，将电力大量地输送到电力系统中供人们生产生活使用。目前，我国的微电网中控制方式、分布式电源特性负荷特性和微电网的运行方式具有多样化的特点，微电网分布式电源如果出现控制方式不合理的情况会导致电压功率等产生质量问题。

2 微电网电能质量的问题

微电网电能主要存在以下质量问题：

2.1 电压偏差

微电网电压偏差与负荷无功功率波动有着密切的联系，同时，微电网中的电源输出无功率的扰动也会对节点的电压带来一定的波动。当微电网并网运行时，微电网中的电压波动通常较小，主系统能够为微电网提供更多的短路容量。当微电网孤岛运行时，会出现微电网功率调节能力弱和电压偏差的现象，导致这一现象发生的主要原因是无电网支撑且微电源功率波动大。

2.2 频率偏差

当微电网处于并网运行状态时，电力系统中的电能质量与工作状态的联系较为密切，当微电网同主系统连接点的开关控制方式发生变化时，会给电能的质量带来影响，因此要对电能质量问题的频率偏差较大，能够使电能频率保持在允许的范围之内，微电网需要保证调频工作的平衡，通过系统与微电网完成调频工作。

2.3 三相电压不平衡

微电网在运行的过程中存在三相电压不平衡的质量问题，其与负荷不平衡以及配电网三相不平衡的运行方式有关联，如果微电网的状态是并网，那么就会出现配电网以不平衡运行方式的状况，会导致电流出现负序和零序的现象，影响微电网的电能质量。如果微电网处于孤岛运行的状况，那么系统中容易出现三相不平衡的情况，这种不平衡导致接点电压带来三相电压不平衡。

3 微电网电能质量控制方法研究

当前，有许多关于微电网电能质量研究的课题，主要集中在系统无功补偿以及谐波抑制和电压波动等方面，依据无功补偿装置、动态电压恢复器等实现电能质量的调节，从而实现电能调节的效果。对微电网电能质量改善的方法通常是借助电能质量调节装置实现，微电网系统具有一定的脆弱性，所以电源质量需要通过非线性装置来调节，这样能够增加微电网电能质量的稳定性，有助于对微电网整体运行时电能质量问题的改善，对微电网中的三相不平衡问题提出有效的改善办法。微电网电能质量的控制应在电能的质量上加以改善，在控制的过程中要对其各方面进行研究，掌控和监督微电网整体运行的状况，把握微电网电能质量的特殊性，就微电网的运行状况展开研究和分析。

4 微电网电能质量分析

4.1 微电网运行的基本要求

微电网中的DG通常包括三种控制方法，分别是恒功率控制、恒压恒频控制和下垂控制，确定与配电网并网的标准后，可以实施并网运行。如果微电网的频率、相位和电压主要以最大的电网作为基准，在并入电网以后要承担向大电网输送高质量电能或从大电网中吸收电能的功效。微电网控制策略为对等控制，采用恒功率控制的方法来实现。如果微电网出现孤岛运行的状况，那么就要采用主从控制的策略。微电网在运行中要解决的难题是如何有效控制微电网，微电网网络结构与负荷产生变化时，应采取有效的控制策略，促进微电网总体上能够提升电能的运行质量。

4.2 分布式电源对微电网电能质量的影响

分布式电源包括光伏发电和风力发电。其中光伏发电受到太阳能发电不稳定的影响导致光伏电池的输出功率不稳定，使光伏电网不容易调节。虽然太阳能发电技术应用范围广且制约的条件少，但是受到环境温度的变化，光伏电池的输电稳定性较差。风力发电同样是纯净的再生能源，风力发电具有经济实用、造价低的特点，通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能，投入到人们的生产和生活中使用，但是风能的缺陷是稳定性较差。在各国政府的大力扶持下，世界太阳能光伏产业发展迅猛，光伏电池近10年以33%的年均增长率发展，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国，经济增长几乎与能源增长同步。

4.3 微电网控制方式产生的电能质量分析

微电网在与大电网互联运行时会产生相互影响的作用，表现在微电网内部各种设备之间的影响以及微电网与大电网之间的相互影响。由于微电网中的DG有独立的控制方式，每一个分布式电源的容量大小、控制方法和接入位置都不相同，对公共接入点和临近的变换器具有影响，若控制方法不得当，有可能破坏微电网的安全运行。微电网在运行过程中应保护装置采集到的信息，并与大电网断开，依据自身的实际状况来调整负荷与负载，这样有利于优化并网条件，这种情况下主要采取主从控制策略和对等控制策略对微电网电能质量实施控制。

4.4 三相变换器对电能质量的影响

在对微电网系统的控制中，应注意三相变换器的影响，三相变换器是微电网中常用到的变化器种类，由于分布式电源输出的电能具有电压等级不确定的情况，不能够满足电压的负荷，三相变换器能够对电能实施有效的变换。通常情况下，直流类型的分布式电源发出的电能主要包括电压等级不确定的频率或直流两种方式。直流类型分布式电源包含了电容器组、锂电池组和光伏发电单元等对电能产生影响。直流和频率的两种变换器方式对电能质量有重要的关联，应建立在科学的基础上对三相变换器展开分析和研究，确定优化的处理方案，提升电能系统的运行状况。