分布式能源接入电网的电能质量问题研究及解决方案

张 聪

（广东电网有限责任公司潮州供电局，广东 潮州 521000）

0 引 言

随着人们能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，分布式能源接入电网已成为实现可持续能源发展的重要途径。分布式能源包括太阳能、风能、生物能等，其接入电网可以有效提高能源利用效率、减少碳排放。然而，分布式能源接入电网带来了一系列的电能质量问题。分布式能源接入电网的电能质量问题主要包括电压波动、频率偏差、谐波污染以及电力质量事件等。这些问题可能导致电网的稳定性下降、设备的损坏和用户的不满意度增加[1]。因此，研究分布式能源接入电网的电能质量问题对于确保电网的可靠运行和提高用户满意度具有重要意义。

1 分布式能源接入电网的电能质量问题概述

1.1 分布式能源接入电网的定义和特点

分布式能源接入电网是将分散的、小规模的能源发电设备（太阳能光伏、风力发电等）接入传统中央电网，实现能源的分布式生产和供应。其特点包括能源生产和消费的地理分散性、规模相对较小、能源类型多样化、能源供应的灵活性和持续性等。

1.2 电能质量的概念和评价指标

电能质量指电能在传输和分配过程中的稳定性、可靠性和纯净性。常用的电能质量评价指标包括电压波动、频率偏差、谐波含量、电压暂降以及电压暂增等。

1.3 分布式能源接入电网的电能质量问题分类

分布式能源接入电网的电能质量问题可以分为以下4 个方面。一是电压波动和频率偏差，由于分布式能源接入电网的能源产生和消费具有地理分散性与规模相对较小的特点，可能出现电压波动和频率偏差的问题，影响用户设备的正常运行和电能质量的稳定性。二是谐波和电磁干扰，分布式能源接入电网的能源发电设备可能会产生谐波和电磁干扰，对电能质量产生负面影响，产生设备故障、通信干扰等问题。三是电压暂降和电压暂增，分布式能源接入电网中，能源发电设备的突然启动或停止可能会引起电压暂降或电压暂增，对用户设备的正常运行和电能质量产生不利影响。四是电网稳定性和可靠性，分布式能源接入电网的能源产生和消费具有灵活性与持续性，但也可能对电网的稳定性和可靠性产生影响。例如，能源产生的不稳定性可能导致电网频率的波动，影响电能质量和电网的稳定运行。

2 分布式能源接入电网电能质量问题的原因分析

2.1 分布式能源接入电网的技术特点

分布式能源接入电网指将分散的和小规模的能源发电设备（太阳能光伏发电、风力发电、生物质发电等）接入传统的中央电网，实现能源的分布式供应。与传统的集中式发电方式相比，分布式能源接入电网具有以下4 个技术特点。一是多样性，分布式能源接入电网可以接纳多种不同类型的能源发电设备，如太阳能光伏发电、风力发电、生物质发电等，使能源供应更加多样化。二是灵活性，分布式能源接入电网可以根据需求进行灵活调整，根据能源发电设备的分布和负荷需求进行优化配置，提高能源利用效率。三是可靠性，分布式能源接入电网具有分散的能源发电设备，当某个设备发生故障时，其他设备可以继续供电，提高电网的可靠性。四是可持续性，分布式能源接入电网利用可再生能源发电，减少了对传统能源的依赖，有利于环境保护和可持续发展[2]。

2.2 分布式能源接入电网的电能质量问题产生原因

分布式能源接入电网的电能质量问题产生原因有以下4 点。一是不稳定的能源输出，分布式能源发电设备的输出受天气、风速的影响，导致能源输出不稳定，容易引起电压波动和频率偏差。二是电网结构变化，分布式能源接入电网的接入点分布广泛，电网结构发生变化，导致电网的电阻、电感和电容等参数发生变化，影响电能质量。三是电力电子设备的干扰，分布式能源接入电网的电力电子设备（逆变器、整流器等）会引入谐波和电磁干扰，影响电能质量。四是电网保护控制策略的不适应，传统电网的保护控制策略可能无法适应分布式能源接入电网的特点，导致电能质量问题。

2.3 分布式能源接入电网电能质量问题的影响

分布式能源接入电网的电能质量问题会对电网运行和用户用电产生以下影响。一是电网稳定性下降，电能质量问题会导致电网的电压波动、频率偏差等问题，降低电网的稳定性，增加电网运行的风险。二是用户用电质量下降，电能质量问题会导致用户用电设备的故障率增加，影响用户的用电质量和电力供应的可靠性[3]。三是电网能源利用效率降低，电能质量问题会导致能源损耗增加，降低电网的能源利用效率，增加能源的消耗。四是环境污染加剧，电能质量问题会导致电力设备的能效降低，增加能源的消耗和环境污染，对环境造成负面影响。

3 分布式能源接入电网电能质量问题的解决方法

3.1 电能质量监测与分析技术

电能质量监测与分析技术是解决分布式能源接入电网电能质量问题的关键。实时监测和分析电网中的电能质量，可以及时发现电能质量问题的存在和原因，为后续的改善措施提供依据。在电能质量监测方面，可以采用高精度的电能质量监测仪器，如电能质量分析仪、电能质量监测装置等，实时监测电网中的电压、电流、频率以及谐波等参数。同时，可以利用智能电网技术、远程监测和数据传输技术，远程监控电能质量。在电能质量分析方面，可以利用数据分析和统计方法，处理和分析监测的电能质量数据。通过统计和比较电能质量数据，可以确定电能质量问题的发生频率和程度，进而找出问题的根源与解决方法。

3.2 电能质量改善技术

电能质量改善技术是解决分布式能源接入电网电能质量问题的重要手段。通过采用合适的技术手段，可以改善电网中的电压波动、频率偏差、谐波污染等问题，提高电能质量的稳定性和可靠性。在电压波动方面，可以采用电压稳定器、电压调节器等设备，调节和稳定电网中的电压。在频率偏差方面，可以采用频率稳定器、频率调节器等设备，调节和稳定电网中的频率。在谐波污染方面，可以采用谐波滤波器、谐波抑制器等设备，滤波和抑制电网中的谐波。此外，可以采用电网优化技术优化电网的拓扑结构和运行参数，提高电能质量的整体水平[4]。例如，可以通过合理调整电网的输电线路和变电站的布局，减少电能传输过程中的损耗和电压降低，提高电能质量的传输效率和稳定性。

3.3 分布式能源接入电网电能质量问题的综合解决方法

为综合解决分布式能源接入电网的电能质量问题，可以采用以下综合解决方法：首先，监测与分析电能质量，通过实时监测和分析电能质量数据，确定电能质量问题的存在和原因；其次，采用电能质量改善技术，根据电能质量问题的具体情况，选择合适的改善技术手段，对电网中的电能质量进行改善；再次，通过优化电网的拓扑结构和运行参数，提高电能质量的整体水平；最后，建立完善的电能质量管理体系，制定相关的电能质量监测和改善措施，加强对分布式能源接入电网电能质量的监管和管理。综合以上方法，可以有效解决分布式能源接入电网的电能质量问题，提高电能质量的稳定性和可靠性，促进分布式能源的大规模应用和发展。

4 实验验证

实验目的是研究分布式能源接入电网对电能质量的影响，验证其对电网电能质量的影响程度。实验步骤如下：首先，在实验室搭建一个小型电网模型，包括发电机、分布式能源接入装置、电网负载等；其次，测量电网中的电能质量参数，包括电压、电流、频率、功率因数等；再次，将分布式能源接入装置接入电网，观察并记录电能质量参数的变化；最后，分析实验数据，评估分布式能源接入电网对电能质量的影响。分布式光伏电站接入电网的电能质量数据如表1 所示。

表1 分布式光伏电站接入电网的电能质量数据

通过观察表1 数据，可以得出以下结论：分布式光伏电站接入电网对电能质量有一定的影响。在电能质量参数方面，电压在230 V 左右波动，电流在10 A左右波动，有功功率在2 kW 左右波动，无功功率在1 kVA 左右波动，谐波含量在4%～8%范围内变化。因此，分布式光伏电站接入电网会对电能质量产生一定的影响，需要进一步评估其对电网电能质量的影响程度[5]。以上分析可以帮助研究人员评估分布式光伏电站接入电网的电能质量问题，并提出相应的改进措施，以确保电网的稳定运行和电能质量的提高。

实验条件下的电能质量数据如表2 所示。

表2 实验条件下的电能质量数据

通过对比表2 的数据，可以看出分布式能源接入电网后，电压、电流、频率和功率因数都有所下降。这是因为分布式能源接入电网会引入额外的电力波动和谐波，导致电能质量下降。在实际应用中，需要采取相应的措施来提高电能质量，如使用滤波器、增加电力调节装置等。根据无分布式能源接入和有分布式能源接入1 的实验数据，可以看出分布式能源接入电网导致电压下降2 V，电流下降0.5 A，频率下降0.2 Hz，功率因数下降0.03。这些数据可以用来评估分布式能源接入电网对电能质量的影响程度。根据实验数据的变化趋势，可以进一步研究分布式能源接入电网对电能质量的影响机理，并提出相应的改进措施。

5 结 论

分布式能源接入电网的电能质量问题主要包括电压波动、电压暂降、电压谐波、电流谐波等方面。这些问题主要由分布式能源接入电网的技术特点和电能质量监测不足导致，会对电网的稳定运行和用户的用电质量产生不利影响。为了解决这些问题，可以采用电能质量监测与分析技术、电能质量改善技术以及综合解决方法等手段。通过对典型案例的分析，可以验证这些解决方法的有效性，并得出相应的结论，可以为分布式能源接入电网的电能质量问题提供一定的解决思路和方法，为电网的可靠运行和用户的用电质量提供保障。