分布式电源并网对电能质量的影响分析

夏天昊

（上海电力大学，上海 415000）

0 引 言

当前全球环境日益恶化，分布式电源并网作为环境友好和经济高效的新型电网，受到了社会上下的广泛关注。但是分布式电源并网在运行过程中，电源启停往往不受电网控制，且输入能量变化会受到外界因素的干扰，导致电能质量受到影响，只有将这些问题有效解决才能推动分布式电源并网的广泛应用。

1 分布式电源并网的模型

分布式电源并网模型如图1所示。分布式发电站通过变压器与主电网进行联系，通过变压器进行降压处理之后，将电能输送至储能电站进行供电。整个过程离不开储能电站、架空线路以及变电站等设施的支持。各个环节环环相扣，缺一不可。根据当前我国分布式电源并网情况来看，分布式发电风力和光伏储能的功率、效率以及体积能量密度等参数如表1所示。

表1 分布式发电具体情况

图1 分布式电源并网模型示意图

2 分布式电源并网对电能质量的影响

由于分布式电源在运营过程中会受到诸多外界不可控因素的影响，因此在并网之后会对电能质量造成一定影响，导致电网电压发生波动，不利于电网稳定运行。

2.1 输入能量变化及外界环境会导致电网电压波动

无论是光伏电池板还是风电机组，在运行过程中外界环境中的自然能源输入都是导致分布式电源输出功率变化的主要因素。想要保证电能质量，提高分布式电源的发电效率，需要摒弃传统电能控制中的定功率控制，将其改变为最大功率追踪控制。

根据实际运行情况来看，风电机组的输入功率主要由风能决定。分离机的运行效果会直接影响到发电机的机械功率与风速，但是风速作为自然环境中的不可控因素，随机性较强，一旦风电机组在运行过程中风速出现快速变化，那么输出功率必然也会随之变化。如果风速超过了该机组额定有效风速范围，那么可以控制调节机组中的控制系统和传动机构，减少输电功率的波动，但是这一手段也不能保障设备功率恒定。除此之外，风电机组在运行过程中还会受到塔影效应和风剪切效应等因素的影响，导致机组转矩不能稳定运行，最终造成输出功率出现波动[1]。而光伏发电系统的核心部位是光伏电池板，电池板的功率输出会随着环境温度和光照强度的变化而变化，一旦天气出现明显变化，将会直接导致光伏输出功率受到影响。此外，光伏发电系统在运行过程中还会受到热斑效应带来的影响。

2.2 分布式电源启停不受电网控制

在分布式电源运行过程中，启停与多种因素有关，如用户需求、自然条件以及电力市场等。一般情况下，分布式电源运行过程中，有关运行和调度通常是由产权所有者进行控制，但是分布式电源的产权可能不属于电网公司，而是其他经营主体，这一现象也是导致分布式电源启停不受电网控制的主要因素。例如，分布式电源在运行过程中，所有者会根据自己的用电情况对电源进行控制，或者因为经济效益等因素的影响，只有电价高于发电成本，经营主体才会启动分布式电源，对电网电能质量带来一定影响。

2.3 输入能量变化以及其他干扰

卫星燃气轮机、燃料电池以及同步柴油机组等都是流量可控的分布式电源，因此在运行过程中，输出功率处于恒定状态，能量的波动一般不会对输出功率造成明显变化。例如，在同步柴油发电机的运行过程中，气缸在点火熄灭过程中存在有功率波动现象，基于此国家相关部门对同步柴油发电机的制造和设计提出了一定要求，此类型发电机在运行过程中动态电压要小于0.5%[2]。

燃料电池在运行过程中能够通过对其输入和反馈进行控制而达到电源控制的目的。但是这一操作对于系统的精确度要求较高，因此在实际应用过程中极易出现参数偏移现象，导致整个控制系统不能稳定运行，进而使得燃料电池在使用过程中出现功率输出波动现象。热电联产的分布式发电机组在运行过程中，所有输出都要满足热量的需求，并且有关机组的功率变化也存在时间限制，因此当供热需求发生变化时，将会在一定程度上导致分布式电源发电功率也随之发生变化[3]。以上内容对分布式电源接入受的电压波动进行了论述，但是如果将分布式电源结合当地负荷情况合理协调，那么当负荷变化时，协调分布式电源能够有效抑制电网电压波动，进而确保电力系统能够安全稳定运行，为用户输送源源不断的优质电能。

3 应对分布式电源并网对电能质量不利影响的相关措施

结合当前我国分布式电源并网运行情况来看，在并网过程中会对电能质量带来一定影响，想要降低不利影响，电力企业需要从实际情况出发，根据电网运行情况构建电能质量治理信息库，积极引进对比测试技术，采用三级协调的配电网无功电压优化手段等，使得电网能够安全稳定的运行。

3.1 结合分布式电源并网运营情况，构建电能质量治理信息库

3.2 积极引进对比测试技术，改善光伏电源并网带来的不利影响

光伏分布式电源并网在运行过程中主要是利用半导体材料直接将太阳能转化为电能，其本质与二极管的运行十分相似。因此在分析光伏分布式电源时，可以将其看作半导体型二极管。当光子直接射入半导体时，将会与材料之间发生相互作用，进而在此过程中产生电动势，有关等效电路如图2所示。

图2 光伏电池等效电路图

由图2可知，在光伏电池运行过程中，有关运行方程式为：

由上述内容可知，光伏电源并网运行与二极管运行十分相似，在运行过程中会对电网电压造成谐波影响。针对这一问题，工作人员可以从电能质量实时监控系统入手，对光伏电源并网中的各项数据信息进行检测，积极引进对比测试技术，对其电能质量进行测试，与实验室逆变器测试数据进行分析对比，探究两者之间的差异，分析造成差异的具体原因。完成上述内容之后，在不同电气环境和运行状态下分析电流注入情况与谐波情况等指标，以此为基础观察光伏发电并网中的电能变化情况，进而针对其中存在的问题采取措施进行解决，保障光伏发电并网后电能质量能够安全又稳定。

3.3 改善电能质量的其他方法

除了上述方法之外，采用三级协调的配电网无功电压优化手段及构建分布式智能控制装置也是改善电能质量的有效方法，以下内容对此进行详细论述。

3.3.1 采用三级协调的配电网无功电压优化手段

采用该优化手段改善电网电能质量的过程中，通常会涉及到有载调压主变调压控制、10 kV无功补偿设备控制以及用户电压监测等多级协调控制机制。工作人员在此过程中要充分考虑到其他层的电压和无功影响，并且在对相关层开展控制工作时需要考虑对紧邻层的影响，而后合理选择越层调控或者上层调控方式[6]。在对配电网电压进行预算时可以采取自下而上的方式进行，根据预算结果对电压校正控制。

3.3.2 构建分布式智能控制装置

想要解决分布式电源并网对电能质量带来的影响，可以结合实际情况，构建集指令执行功能、信号采集以及分析规划为一体的分布式智能控制系统。充分结合当地电网运行情况，选择典型区域进行示范应用，以便能够对电网中不同电压等级分层分区，实现水电和光伏等分布式电源的电能质量综合治理，促使配电网在运行过程中降低损耗，满足社会发展和生产管理对电能的需求[7]。与此同时，工作人员要注意结合电力项目建设需求，严格按照我国政府部门出台的规章制度，验证控制装置的有效性，确保分布式电源并网对电能质量带来的影响能够降到最低。

4 结 论

结合当前我国分布式电源并网的运行情况来看，此类型电能生产方式有效推动了我国环保工程的进展。但是由于该类型电源并网极易受到外界环境的影响，进而对电网的稳定运行带来影响，导致电网出现电压波动现象等，不利于对用户输送源源不断的优质电能。想要解决这一问题，需要从电网运行的实际情况入手，积极引进对比测试技术等先进技术与理念，确保电网能够安全稳定的运行。