分布式电源并网对配电网电能质量的影响研究

摘要：随着能源问题和环境问题的日益突出，以分布式光伏和分布式风电为代表的新型电源在配电网的并网规模逐渐增大，但太阳能和风能发电均具有很强的随机特征，其并网会给电能质量带来很大的影响，为保证配电网的电能质量水平及分布式电源的健康发展，需对分布式电源并网对配电网电能质量的影响进行相应的研究。本文基于分布式电源并网对配电网电能质量的影响研究展开论述。

关键词：分布式电源并网；配电网电能质量；影响研究 引言

随着常规能源的开发利用，环境污染日益加重，世界各国的目光纷纷聚焦于更绿色环保的能源与更高效灵活的发电方式。分布式电源由于具有绿色环保、高效灵活等特点，受到许多国家的重视。近年来，在支持和技术进步的推动下，国内外分布式电源得到快速发展。分布式电源是在用户所在场地或附近建设安装，运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网，且在配电网内消纳为特征的发电设施。分布式电源一般规模小，接入电压等级低，就地满足用户能源需求，是促进节能减排、提高能源利用效率、提升供电安全、解决偏远农村地区电力供应问题的重要途径。

1含分布式电源的配电网电能质量分析

为分析分布式电源接入后的配电网电能质量，建立含分布式电源的配电网简化等效模型分布式电源产生的谐波电流大部分通过配电网的主干线路流入公共系统，负荷节点流过的谐波电流较少，分布式电源并网点越靠近配电网线路的末端，并网点后的主干支路流过的谐波电流就越小。配电网本身也存在一定的谐波，其中低次谐波会进入分布式电源的控制系统，且分布式电源逆变装置的低次谐波也会进入到控制系统，而分布式电源的谐波特性主要与控制系统相关，以配电网中常见的5次、7次谐波为例，其旋转频率均为6倍的基频。配电网本身与分布式电源的正序和负序谐波会相互耦合、相互影响，当配电网本身含有某低次谐波时，分布式电源逆变器零序谐波邻近的正序和负序谐波也将发生变化。分布式电源的并网容量越大，并网后对电压的抬升作用越明显，并造成配电网节点电压波动程度变大和谐波含量增加，且在同等容量下，分布式风电并网要比分布式光伏并网对配电网电能质量的影响更大，分布式电源并网所在节点受到的影响是最大的，离并网位置越远，受到的影响越小，分布式电源的并网节点越靠近配电网馈线末端，对电压的抬升作用越大，造成的电压波动和谐波越严重。分布式电源的并网会对配电网的电能质量带来较大影响，在进行分布式电源并网规划设计时需进行相应的综合评估。 2分布式电源并网技术标准

以可再生能源为主要利用方式的分布式发电，对解决我国日益严峻的能源和环境问题具有重要的战略作用。目前，分布式发电装置（distributed generator，DG）大多在靠近配电网负荷中心接入，这样做，一方面可以起到节省投资、降低网损以及提高供电可靠性的作用；但另一方面，DG的接入改变了传统配电网单电源辐射型网络结构，使得原有的继电保护灵敏度降低，甚至发生拒动和误动因此有必要研究适用于含分布式电源的配电网保护方法。（1）分布式电源并网技术标准，需要考虑分布式电源在电网中的占比、分布式电源控制技术的发展等因素，进行及时更新，以促进分布式电源的发展，保障电网安全稳定运行。（2）早期分布式电源穿透率比较低时，各国的并网技术要求大都相对简单，稳态对电网无支撑、电网故障时快速脱网；随着分布式电源穿透率的逐渐增大，其对电网安全稳定的影响开始显

现，多个国家相继提出了更高的电压和频率支撑、故障穿越、电网适应性等要求。（3）中国已有的分布式电网并网技术标准，在功率控制、故障穿越、电网适应性等方面的技术要求相对较低，降低了分布式电源的并网成本，促进了中国分布式电源的发展。但随着中国分布式电源的快速增长，其对大电网安全稳定的影响已经开始凸显，亟需在主动支撑、故障穿越和电网适应性等方面进行修订。

3分布式电源并入配电网对自动重合闸的影响

配电网中一般在非电缆线路的首端会安装三相重合闸，并且会配备前加速功能。当有短路故障发生时，会无选择性的迅速跳开开关后再立即重合闸。前加速重合闸可以有效隔离开短路点和电源，促使短路点熄弧，防止其转变成永久性故障，危急电网安全。前加速重合闸一般仅会在电源的首端线路对应断路器上安装重合闸装置，安装在L1保护以及L4保护处）。对于瞬时性故障，能够立即恢复供电，可以有效提升供电可靠性；并能有效纠正因为断路器机构或者保护误动作造成的误跳闸。DG未并网时，线路上发生故障时，L1保护均可无选择性地瞬时动作并且迅速重合。对于DG并网情况，当在DG上游f1处发生短路故障时，此时系统为两端供电结构，L1保护会瞬时动作进而切除故障，并且快速完成重合闸。但是DG电流不会流过保护装置，因此能持续向故障点发出短路电流，电弧无法自熄灭，造成重合闸失败。严重情况下，甚至会导致瞬时性故障发展成永久性故障，增大了故障范围，造成难以想象的经济损失。此外，DG并网会造成非同期合闸。当f1处发生短路故障时，L1保护进而动作跳闸，此时DG以及其下游会在短时间内运作在孤岛模式。考虑到DG容量与负载存在不匹配情况，可能造成DG失稳，切除故障后，电源与DG的电压存在0°～360°的相角。若DG侧无检同期装置，则重合闸可能产生一股极强冲击电流。随着DG容量的上身，冲击电流也会随之增大，损坏电力电子器件，极端情况下损坏DG。 4分布式光伏电源与配电网的协制

分布式光伏电源接入配电网后，在配电网电压处于正常状态时，应以最小弃光为原则，实现光伏电源的最大化出力；若配电网电压处于预警状态，应优先调节配电网电压到正常状态，消除影响配电网安全运行的隐患；当配电网电压达到紧急状态时，应通过控制快速使配电网电压恢复到预警状态或正常状态。因此，对配电网的三种运行状态分别制定协制策略。（1）正常状态下的控制策略。配电网电压处于正常状态（0.95p.u.Q=Qmin，仍无法将配电网电压调节至正常状态时，光伏电源按容量等比例降低有功功率PN。削减光伏电源的有功一方面可以直接降低配电网电压，另一方面可以进一步释放光伏电源的无功调节空间。有功和无功的调节步长均为光伏电源自身容量的10%，即SNINV/10。首先调节分布式光伏电源有功功率PN为MPPT跟踪的最大功率点PNMPPT。若此时配电网电压仍处于下预警状态，按照光伏电源的容量SNINV等比例增加无功功率QN。调节步长为光伏电源自身容量的10%， 结束语

光伏和风能为主的分布式可再生能源在配电网中的渗透率越来越高，提高了能源利用的灵活性。然而其间歇性和不确定性，影响了配电网的电压水平，降低了供电可靠性。在脆性基元处接入分布式能源，对配电网电压波动的影响有：①分布式能源接入配电网时，接入容量越大，配电网电压上升越明显。因此，在配电网的规划中需要合理选择分布式能源的接入容量，并且要重点关注分布式能源接入点附近的节点的电压波动；②基于脆性理论辨识出配电网脆性基元，并且发现若在脆性基元处接入分布式能源，对整个配电网的电压波动的影响会加大，配电网各节点电压上升的程度会加大。因此，必须制定相应的风险预警和防御方法，在脆性基元上节点电压波动过大时，及时采取措施加以控制，以保持整个配电网的电压水平。 参考文献：

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[5]孙国峰.分布式光伏并网对配电网电能质量的影响及治理措施[D].东北大学，2015. 作者简介：田中伟（1988年8月），男，山东省滕州市，硕士研究生，工程师，中压配电网运行维护。