分布式电源并网对电能质量的影响研究.pdf

5现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 3 期2024 年 2 月Vol.3 No.3Feb.2024分布式电源并网对电能质量的影响研究马琳琦，王建虎，孙天硕，庞玉志国网天津市电力公司培训中心，天津 300000摘 要：分布式电源是指将多个小型的电力发电装置连接到电力系统中，以取代传统的集中式发电方式。因其具有绿色环保、灵活性高、节约资源等优势，该系统的应用越来越广泛。然而，分布式电源并网也会对电能质量产生一定的影响。通过对分布式电源并网的影响机制和影响程度展开分析，深入研究了分布式电源并网对电能质量的影响，并提出了相应的优化策略，以提高电力系统的电能质量。关键词：分布式电源；谐波；补偿中图分类号：TM711 文献标识码：AResearch on the Impact of Grid Connection of Distributed Power Sources on Power QualityMa Linqi,Wang Jianhu,Sun Tianshuo,Pang YuzhiState Grid Tianjin Electric Power Company Training Center,Tianjin 300000Abstract:Distributed power generation refers to the connection of multiple small power generation devices into the power system to replace traditional centralized power generation methods.The application of this power supply system is becoming increasingly widespread because it has advantages such as green environmental protection,high flexibility,and resource conservation.However,the integration of distributed power sources into the grid can also have a certain impact on power quality.The article will analyze the impact mechanism and degree of distributed power grid connection,deeply study the impact of distributed power grid connection on power quality,and propose corresponding optimization strategies to improve the power quality of the power system.Keywords:distributed power supply;harmonics;compensate作者简介：马琳琦（1990），女，硕士，国网天津市电力公司培训中心技术技能培训部副主任，研究方向为电力系统电能质量。随着可再生能源在全球范围内的持续发展，分布式电源（Distributed Generation，DG）技术在电力系统中的地位日益重要。DG并网能够为电力系统带来诸多好处，例如提高能源利用效率、减小对环境的影响、加强系统可靠性等。然而，DG并网也可能会对电能质量产生一定的影响。文章就分布式电源并网对电能质量的影响进行深入探讨。1 分布式电源技术DG是指功率为数千瓦至50MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第三方所有，用以满足电力系统和用户的特定要求。分布式电源是指将多个小型的电力发电装置连接到电力系统中，以取代传统的集中式发电方式。它可以根据不同的能源类型和应用领域分为以下几种。1.1 太阳能光伏发电系统利用太阳能将光能转化为电能，通过太阳能光伏电池板将太阳能转化为直流电，再通过逆变器将直流电转化为交流电，并与电力系统进行并网。1.2 风力发电系统利用风能驱动风力发电机，将机械能转化为电能。风力发电系统可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种类型。1.3 生物质发电系统利用农作物秸秆、木屑等生物质燃料，通过燃烧产生热能，再通过蒸汽发电机或内燃机等设备将热能转化为电能。1.4 水力发电系统利用水能驱动水轮机或涡轮发电机组，将水能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。水力发电系统可以分为水电站和小水电站两种类型。1.5 可再生能源混合发电系统将多种可再生能源进行组合，如太阳能光伏发电与风力发电的混合系统，以增加发电系统的稳定性和可靠性。62024 年 2 月第 3 卷第 3 期现 代 工 程 科 技62 电能质量定义及评估指标电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质，通常包括电压质量和电流质量，供电质量和用电质量。理想状态下，电能应该是完美对称的正弦波，但有时候一些因素会使波形偏离，这就是电能质量问题，当偏离超过一定程度就会造成用电设备故障。电能质量评估的主要指标见表1。表1 电能质量评估的主要指标电压质量电流质量供电质量用电质量电压闪变、瞬时过电压或跌落、谐波畸变、各相电压不平衡等流入电网的谐波电流、无功、不平衡负荷电流、低频负荷变化造成的 闪烁等电压质量、供电可靠性和供电服务质量电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等3 分布式电源并网对电能质量的影响3.1 分布式电源并网可能引起的电能质量问题3.1.1 电压波动分布式电源的接入可能引起电压波动。传统电力系统中，发电机组稳定的负荷可以保持电压的稳定性。然而，分布式电源的接入可能导致电压不稳定。这是因为分布式电源通常具有小容量和波动性较大的特点，例如太阳能和风能都会受到天气条件的影响，从而使得其输出功率波动较大。当分布式电源的波动性较大时，其接入电网会引起电压的瞬时波动。这种瞬时波动可能对电网上的其他用户和设备产生不利影响，影响电能质量1。3.1.2 谐波问题分布式电源通常使用逆变器将直流电能转换为交流电能。然而，逆变器的工作可能会引入谐波电压。谐波电压是指频率为基波频率整数倍的非正弦电压成分。这些谐波电压会引起电压的歪曲和扭曲，从而影响电能质量。特别是当分布式电源逆变器的容量较大时，谐波问题会更加严重。3.1.3 孤岛效应孤岛效应可能对电压波动产生负面影响。当分布式电源形成孤岛时，它不再受到主电网的电压调节和稳定性的影响。这意味着在孤岛运行期间，分布式电源需要自行调节电压和频率以满足电力需求。由于分布式电源的容量通常较小，调节电压和频率的能力有限，可能导致电压波动较大。电压波动可能对孤岛区域内的设备和用户产生不利影响。电压过高或过低都可能导致设备的故障或损坏，影响电器设备的使用寿命和可靠性。此外，电压波动还可能影响用户的用电体验，例如电灯明暗不稳定、电子设备工作异常等。3.1.4 对继电保护的影响在分布式电源技术应用中，还有一种故障问题是常常出现的，那就是与继电保护产生冲突。当配电网系统故障时，分布式电源的切除必须早于重合时间，否则会引起电弧的重燃，使重合闸不成功。另外，电力电子型的分布式电源易产生谐波，造成谐波污染，这一外在功率的注入操作会使原来的继电器保护区缩小，从而影响继电保护装置正常工作2。3.2 分布式电源并网对输电线路的影响3.2.1 潮流改变传统的电力系统是由中心化的发电站通过输电线路向负荷供电，而分布式电源的并网引入了新的电源接入点，改变了电力系统中的能量流动路径。当分布式电源并网后，它们可以直接向负荷供电，减少对输电线路的依赖。这可能导致传统的输电线路上的潮流分布发生变化。原本负载较重的输电线路可能会分担部分负荷，而与分布式电源接近的输电线路可能会承担更多的潮流。潮流的改变可能会导致一些问题：因为潮流增加，输电线路的负荷能力可能会受到限制，甚至超过其额定负荷能力。这可能导致线路过载，引发线路过热、设备损坏甚至线路故障；潮流改变可能导致电压的变化，如电压降低或过高，可能对电力设备和用户的用电设备造成影响。3.2.2 线路损耗分布式电源并网对输电线路的影响还表现在线路损耗方面。传统的电力系统中，电能是从中心化的发电站通过长距离的输电线路传输到负荷点，这个过程中会产生一定的线路损耗。而分布式电源的并网会增加电能传输的路径，可能会改变电力系统中的线路损耗分布。当分布式电源并网后，电能可以从多个接入点进入电力系统，电流也会在更短的距离流动。这可能导致输电线路上的线路损耗发生变化。原本负载较重的输电线路可能因为分流效应而减少线路损耗，而与分布式电源接近的输电线路可能因为增加的电流而导致线路损耗增加。线路损耗的变化可能会对电力系统产生一些影响。线路损耗的增加会导致电能浪费，电力系统效率降低；线路损耗的增加可能会导致输电线路的温升升高，进而7马琳琦，王建虎，孙天硕，等：分布式电源并网对电能质量的影响研究能源科技影响线路的可靠性和使用寿命；线路损耗的变化也可能引起电压的变化，如电压降低或过高，可能对电力设备和用户的用电设备造成损害3。3.2.3 电压波动当分布式电源并网后，由于电流的注入点增加，电力系统中的电流分布可能会不均匀，导致线路电阻和电抗的变化，从而引起电压的波动。特别是在大规模分布式电源接入的情况下，由于电源的不确定性和间歇性，电压波动的影响可能更为显著。电压波动可能会对电力系统和用户产生一些影响：电压波动可能会导致电力设备工作不稳定，甚至损坏；电压波动可能会对用户的用电设备造成影响，如电压降低可能导致设备无法正常工作，电压过高可能会损坏设备；电压波动还可能会对电力系统的稳定性产生影响，如电压骤升骤降可能引发电力系统不稳定运行，导致电网事故的发生。4 管理和控制策略4.1 电网规划和优化在减少分布式电源并网对电能质量的影响方面，做好电网规划和优化是一项重要的策略。电网规划需要充分考虑分布式电源的接入情况，合理安排电网的容量和分布式电源的布局。通过合理规划，可以避免过多的分布式电源集中在某一区域，导致电网负荷不平衡和电能质量下降的问题；电网优化是指对现有电网进行调整和改善，以应对分布式电源并网带来的影响。一种常见的优化措施是增加电网的稳定性和可靠性，通过加强输电线路和变电站的建设，提高电网的承载能力，以应对分布式电源的接入。此外，还可以采用智能化的电网监控和管理系统，及时发现和解决电能质量问题，提高电网的响应能力和调控能力4；为了减少分布式电源并网对电能质量的影响，还可以加强对分布式电源的限制和监管。制定严格的接入标准和技术要求，确保分布式电源的并网符合电网的稳定运行和电能质量的要求。同时，加强对分布式电源的管理和监测，及时发现和解决存在的问题，保障电网的可靠运行和电能质量的稳定。4.2 控制和调节技术在分布式电源系统中，由于电力的不稳定性和电能质量的波动性，需要采用一系列的控制和调节技术来稳定电能质量，确保供电的可靠性和稳定性。通过合理地控制分布式电源的发电功率和输出电压，可以减少对电网的干扰。采用功率控制技术可以使分布式电源的输出功率与电网的需求保持匹配，避免过载或欠载情况的发生。此外，电压控制技术可以调节分布式电源的输出电压，使其与电网的电压保持一致，减少因电压不稳定而引起的电能质量问题；采用滤波技术可以有效地去除分布式电源系统中的谐波和干扰信号，提高电能质量。谐波滤波器可以通过对谐波电流进行补偿，消除谐波对电网和其他电气设备的干扰。采用谐波滤波器还可以减少电磁干扰对电能质量的影响，提高电网的稳定性。此外，配备合适的电能质量监测装置对于控制和调节技术的实施至关重要。通过实时监测电能质量参数，如电压、电流、功率因数、失真率等，可以及时发现电能质量问题并采取相应的措施进行调整。同时，可以通过数据分析和统计，对电能质量问题进行分析和预测，为后续的控制和调节提供参考依据；提高分布式电源系统的综合能力和适应性也是降低电能质量所受影响的重要策略之一。通过优化系统结构和布局，提高分布式电源系统的稳定性和可靠性，减小对电能质量的影响。此外，采用智能控制技术，实现分布式电源系统的自动化运行和优化调节，进一步提高电能质量5。4.3 智能电网技术智能电网技术通过集成先进的信息通信技术、智能控制系统和能源管理系统，实现对电力系统的智能化监控和管理。智能电网技术可以实现对分布式电源的精确控制和管理。通过智能电网技术，可以对分布式电源的并网时机、功率输出等进行精确调控，避免其对电能质量造成不良影响。例如，当电力系统负荷较大时，智能电网技术可以自动降低分布式电源的功率输出，以保证电网的稳定运行和电能质量不受影响；智能电网技术可以实现对电能质量的实时监测和预警。通过智能电网技术，可以实时监测电网的电压、电流、频率等电能质量指标，并将数据传输到能源管理中心进行分析和处理。一旦发现电能质量出现异常，智能电网技术可以及时发出预警信号，以便采取相应的措施进行调整和修复，保障电能质量的稳定性和可靠性；智能电网技术还可以实现对电力系统的优化调度和能源配置。通过智能电网技术，可以根据电力系统的实时状态和需求，合理调度分布式电源的并网和离网运行，最大限度地优化能源利用和分布式电源的功率输出，从而减少其对电能质量的影响。同时，智能电网技术还可以通过优化能源配置，实82024 年 2 月第 3 卷第 3 期现 代 工 程 科 技8现不同能源之间的灵活转换和互补，提高电能质量和电力系统的供电可靠性。4.4 滤波和补偿装置为了减小分布式电源并网对电能质量的影响，可以采用滤波和补偿装置来解决这一问题。滤波装置能够有效地抑制电网中的谐波和噪声，确保电能质量的稳定和可靠。补偿装置则能够对分布式电源的功率波动进行控制和调节，提高系统的稳定性和可用性。在滤波装置方面，可以引入谐振滤波器来消除谐波影响。谐振滤波器能够根据电网的谐波特性，通过调整其参数来实现对谐波的有效滤除。此外，也可以使用无功滤波器来抑制电网中的无功功率波动。无功滤波器通过控制谐振电路的无功元件，能够实现对无功功率的补偿，从而改善电能质量。补偿装置方面，可以采用静态无功补偿器和动态无功补偿器等技术来控制分布式电源的无功功率。静态无功补偿器通过实时调节无功功率的输出，能够保持电网的电压稳定和频率稳定。动态无功补偿器则可以根据电网的负荷变化以及分布式电源的运行状态，实时地对无功功率进行补偿和调节，从而提高系统的稳定性和响应能力。除了滤波和补偿装置，还可以采用智能控制算法来优化分布式电源的并网行为。通过对分布式电源进行智能控制和调度，可以实现对电能质量的精细管理，进一步减小其对电网的影响。智能控制算法能够根据电网的实时状态和运行需求，智能调节分布式电源的输出功率，以保证电网的稳定性和安全性6。5 结语本文深入探讨了分布式电源并网对电能质量的影响。通过分析分布式电源的种类、工作原理和特性，电能质量的定义、评估指标，以及分布式电源并网可能引起的电能质量问题，得出以下结论。分布式电源的并网可能对电能质量产生影响，这些影响包括电压波动、谐波干扰、孤岛效应等。这些影响不仅可能降低电力系统的稳定性，还可能对用户的正常用电产生影响。尽管分布式电源并网对电能质量有一定的影响，但这并不意味着应该完全避免使用分布式电源。事实上，通过合理规划和管理，这些影响可以得到有效控制。例如，通过安装电能质量补偿装置，或采用先进的控制策略，可以大大减小分布式电源并网对电能质量的影响。总的来说，分布式电源并网对电能质量的影响是一个复杂的问题，需要进行持续的研究和探索。希望文章的分析能为相关领域的研究人员和实践者提供一些有价值的参考和启示。参考文献1 王亚男,陈虹.计及电能质量的分布式电源并网优化研究J.电气自动化.2021,43(5):9-12.2 夏天昊.分布式电源并网对电能质量的影响分析J.通信电源技术,2021,38(3):59-61.3 钟建伟,姜芮,王晨.高渗透率的分布式电源并网后电能质量评估J.电气自动化,2018,40(1):48-50,54.4 田源,朱永强,夏瑞华,等.电能质量 讲座 第七讲 与分布式电源并网有关的电能质量标准和规范J.电器与能效管理技术,2018(3):70-75.5 凌松,张莹.分布式电源并网对配电网电能质量的影响研究J.信息技术,2020,44(5):97-101.6 刘科研,盛万兴,秦梦雅,等.计及多种扰动源的有源配电网电能质量分析方法J.电网技术,2020(6):2303-2309.