張 聰
（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局，廣東 潮州 521000）
0 引 言
隨著人們能源需求的不斷增長和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，分布式能源接入電網(wǎng)已成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源發(fā)展的重要途徑。分布式能源包括太陽能、風(fēng)能、生物能等，其接入電網(wǎng)可以有效提高能源利用效率、減少碳排放。然而，分布式能源接入電網(wǎng)帶來了一系列的電能質(zhì)量問題。分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題主要包括電壓波動(dòng)、頻率偏差、諧波污染以及電力質(zhì)量事件等。這些問題可能導(dǎo)致電網(wǎng)的穩(wěn)定性下降、設(shè)備的損壞和用戶的不滿意度增加[1]。因此，研究分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題對(duì)于確保電網(wǎng)的可靠運(yùn)行和提高用戶滿意度具有重要意義。
1 分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題概述
1.1 分布式能源接入電網(wǎng)的定義和特點(diǎn)
分布式能源接入電網(wǎng)是將分散的、小規(guī)模的能源發(fā)電設(shè)備（太陽能光伏、風(fēng)力發(fā)電等）接入傳統(tǒng)中央電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能源的分布式生產(chǎn)和供應(yīng)。其特點(diǎn)包括能源生產(chǎn)和消費(fèi)的地理分散性、規(guī)模相對(duì)較小、能源類型多樣化、能源供應(yīng)的靈活性和持續(xù)性等。
1.2 電能質(zhì)量的概念和評(píng)價(jià)指標(biāo)
電能質(zhì)量指電能在傳輸和分配過程中的穩(wěn)定性、可靠性和純凈性。常用的電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)包括電壓波動(dòng)、頻率偏差、諧波含量、電壓暫降以及電壓暫增等。
1.3 分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題分類
分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題可以分為以下4 個(gè)方面。一是電壓波動(dòng)和頻率偏差，由于分布式能源接入電網(wǎng)的能源產(chǎn)生和消費(fèi)具有地理分散性與規(guī)模相對(duì)較小的特點(diǎn)，可能出現(xiàn)電壓波動(dòng)和頻率偏差的問題，影響用戶設(shè)備的正常運(yùn)行和電能質(zhì)量的穩(wěn)定性。二是諧波和電磁干擾，分布式能源接入電網(wǎng)的能源發(fā)電設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生諧波和電磁干擾，對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，產(chǎn)生設(shè)備故障、通信干擾等問題。三是電壓暫降和電壓暫增，分布式能源接入電網(wǎng)中，能源發(fā)電設(shè)備的突然啟動(dòng)或停止可能會(huì)引起電壓暫降或電壓暫增，對(duì)用戶設(shè)備的正常運(yùn)行和電能質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。四是電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性，分布式能源接入電網(wǎng)的能源產(chǎn)生和消費(fèi)具有靈活性與持續(xù)性，但也可能對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生影響。例如，能源產(chǎn)生的不穩(wěn)定性可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，影響電能質(zhì)量和電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
2 分布式能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的原因分析
2.1 分布式能源接入電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)
分布式能源接入電網(wǎng)指將分散的和小規(guī)模的能源發(fā)電設(shè)備（太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等）接入傳統(tǒng)的中央電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能源的分布式供應(yīng)。與傳統(tǒng)的集中式發(fā)電方式相比，分布式能源接入電網(wǎng)具有以下4 個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。一是多樣性，分布式能源接入電網(wǎng)可以接納多種不同類型的能源發(fā)電設(shè)備，如太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等，使能源供應(yīng)更加多樣化。二是靈活性，分布式能源接入電網(wǎng)可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活調(diào)整，根據(jù)能源發(fā)電設(shè)備的分布和負(fù)荷需求進(jìn)行優(yōu)化配置，提高能源利用效率。三是可靠性，分布式能源接入電網(wǎng)具有分散的能源發(fā)電設(shè)備，當(dāng)某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，其他設(shè)備可以繼續(xù)供電，提高電網(wǎng)的可靠性。四是可持續(xù)性，分布式能源接入電網(wǎng)利用可再生能源發(fā)電，減少了對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展[2]。
2.2 分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題產(chǎn)生原因
分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題產(chǎn)生原因有以下4 點(diǎn)。一是不穩(wěn)定的能源輸出，分布式能源發(fā)電設(shè)備的輸出受天氣、風(fēng)速的影響，導(dǎo)致能源輸出不穩(wěn)定，容易引起電壓波動(dòng)和頻率偏差。二是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化，分布式能源接入電網(wǎng)的接入點(diǎn)分布廣泛，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致電網(wǎng)的電阻、電感和電容等參數(shù)發(fā)生變化，影響電能質(zhì)量。三是電力電子設(shè)備的干擾，分布式能源接入電網(wǎng)的電力電子設(shè)備（逆變器、整流器等）會(huì)引入諧波和電磁干擾，影響電能質(zhì)量。四是電網(wǎng)保護(hù)控制策略的不適應(yīng)，傳統(tǒng)電網(wǎng)的保護(hù)控制策略可能無法適應(yīng)分布式能源接入電網(wǎng)的特點(diǎn)，導(dǎo)致電能質(zhì)量問題。
2.3 分布式能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的影響
分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行和用戶用電產(chǎn)生以下影響。一是電網(wǎng)穩(wěn)定性下降，電能質(zhì)量問題會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、頻率偏差等問題，降低電網(wǎng)的穩(wěn)定性，增加電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。二是用戶用電質(zhì)量下降，電能質(zhì)量問題會(huì)導(dǎo)致用戶用電設(shè)備的故障率增加，影響用戶的用電質(zhì)量和電力供應(yīng)的可靠性[3]。三是電網(wǎng)能源利用效率降低，電能質(zhì)量問題會(huì)導(dǎo)致能源損耗增加，降低電網(wǎng)的能源利用效率，增加能源的消耗。四是環(huán)境污染加劇，電能質(zhì)量問題會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備的能效降低，增加能源的消耗和環(huán)境污染，對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。
3 分布式能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的解決方法
3.1 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)
電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)是解決分布式能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的關(guān)鍵。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析電網(wǎng)中的電能質(zhì)量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題的存在和原因，為后續(xù)的改善措施提供依據(jù)。在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面，可以采用高精度的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀器，如電能質(zhì)量分析儀、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中的電壓、電流、頻率以及諧波等參數(shù)。同時(shí)，可以利用智能電網(wǎng)技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控電能質(zhì)量。在電能質(zhì)量分析方面，可以利用數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)方法，處理和分析監(jiān)測(cè)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計(jì)和比較電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，可以確定電能質(zhì)量問題的發(fā)生頻率和程度，進(jìn)而找出問題的根源與解決方法。
3.2 電能質(zhì)量改善技術(shù)
電能質(zhì)量改善技術(shù)是解決分布式能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的重要手段。通過采用合適的技術(shù)手段，可以改善電網(wǎng)中的電壓波動(dòng)、頻率偏差、諧波污染等問題，提高電能質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。在電壓波動(dòng)方面，可以采用電壓穩(wěn)定器、電壓調(diào)節(jié)器等設(shè)備，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電網(wǎng)中的電壓。在頻率偏差方面，可以采用頻率穩(wěn)定器、頻率調(diào)節(jié)器等設(shè)備，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電網(wǎng)中的頻率。在諧波污染方面，可以采用諧波濾波器、諧波抑制器等設(shè)備，濾波和抑制電網(wǎng)中的諧波。此外，可以采用電網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)，提高電能質(zhì)量的整體水平[4]。例如，可以通過合理調(diào)整電網(wǎng)的輸電線路和變電站的布局，減少電能傳輸過程中的損耗和電壓降低，提高電能質(zhì)量的傳輸效率和穩(wěn)定性。
3.3 分布式能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的綜合解決方法
為綜合解決分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題，可以采用以下綜合解決方法：首先，監(jiān)測(cè)與分析電能質(zhì)量，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，確定電能質(zhì)量問題的存在和原因；其次，采用電能質(zhì)量改善技術(shù)，根據(jù)電能質(zhì)量問題的具體情況，選擇合適的改善技術(shù)手段，對(duì)電網(wǎng)中的電能質(zhì)量進(jìn)行改善；再次，通過優(yōu)化電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)，提高電能質(zhì)量的整體水平；最后，建立完善的電能質(zhì)量管理體系，制定相關(guān)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和改善措施，加強(qiáng)對(duì)分布式能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)管和管理。綜合以上方法，可以有效解決分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題，提高電能質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，促進(jìn)分布式能源的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展。
4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯糠植际侥茉唇尤腚娋W(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響，驗(yàn)證其對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響程度。實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，在實(shí)驗(yàn)室搭建一個(gè)小型電網(wǎng)模型，包括發(fā)電機(jī)、分布式能源接入裝置、電網(wǎng)負(fù)載等；其次，測(cè)量電網(wǎng)中的電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓、電流、頻率、功率因數(shù)等；再次，將分布式能源接入裝置接入電網(wǎng)，觀察并記錄電能質(zhì)量參數(shù)的變化；最后，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，評(píng)估分布式能源接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響。分布式光伏電站接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)如表1 所示。
表1 分布式光伏電站接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)
通過觀察表1 數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：分布式光伏電站接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量有一定的影響。在電能質(zhì)量參數(shù)方面，電壓在230 V 左右波動(dòng)，電流在10 A左右波動(dòng)，有功功率在2 kW 左右波動(dòng)，無功功率在1 kVA 左右波動(dòng)，諧波含量在4%～8%范圍內(nèi)變化。因此，分布式光伏電站接入電網(wǎng)會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，需要進(jìn)一步評(píng)估其對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響程度[5]。以上分析可以幫助研究人員評(píng)估分布式光伏電站接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量的提高。
實(shí)驗(yàn)條件下的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)如表2 所示。
表2 實(shí)驗(yàn)條件下的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)
通過對(duì)比表2 的數(shù)據(jù)，可以看出分布式能源接入電網(wǎng)后，電壓、電流、頻率和功率因數(shù)都有所下降。這是因?yàn)榉植际侥茉唇尤腚娋W(wǎng)會(huì)引入額外的電力波動(dòng)和諧波，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。在實(shí)際應(yīng)用中，需要采取相應(yīng)的措施來提高電能質(zhì)量，如使用濾波器、增加電力調(diào)節(jié)裝置等。根據(jù)無分布式能源接入和有分布式能源接入1 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出分布式能源接入電網(wǎng)導(dǎo)致電壓下降2 V，電流下降0.5 A，頻率下降0.2 Hz，功率因數(shù)下降0.03。這些數(shù)據(jù)可以用來評(píng)估分布式能源接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響程度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，可以進(jìn)一步研究分布式能源接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響機(jī)理，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。
5 結(jié) 論
分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題主要包括電壓波動(dòng)、電壓暫降、電壓諧波、電流諧波等方面。這些問題主要由分布式能源接入電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)不足導(dǎo)致，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用戶的用電質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。為了解決這些問題，可以采用電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)、電能質(zhì)量改善技術(shù)以及綜合解決方法等手段。通過對(duì)典型案例的分析，可以驗(yàn)證這些解決方法的有效性，并得出相應(yīng)的結(jié)論，可以為分布式能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題提供一定的解決思路和方法，為電網(wǎng)的可靠運(yùn)行和用戶的用電質(zhì)量提供保障。
