夏天昊

（上海電力大學(xué)，上海 415000）

0 引 言

當(dāng)前全球環(huán)境日益惡化，分布式電源并網(wǎng)作為環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)高效的新型電網(wǎng)，受到了社會(huì)上下的廣泛關(guān)注。但是分布式電源并網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中，電源啟停往往不受電網(wǎng)控制，且輸入能量變化會(huì)受到外界因素的干擾，導(dǎo)致電能質(zhì)量受到影響，只有將這些問(wèn)題有效解決才能推動(dòng)分布式電源并網(wǎng)的廣泛應(yīng)用。

1 分布式電源并網(wǎng)的模型

分布式電源并網(wǎng)模型如圖1所示。分布式發(fā)電站通過(guò)變壓器與主電網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)系，通過(guò)變壓器進(jìn)行降壓處理之后，將電能輸送至儲(chǔ)能電站進(jìn)行供電。整個(gè)過(guò)程離不開(kāi)儲(chǔ)能電站、架空線路以及變電站等設(shè)施的支持。各個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)分布式電源并網(wǎng)情況來(lái)看，分布式發(fā)電風(fēng)力和光伏儲(chǔ)能的功率、效率以及體積能量密度等參數(shù)如表1所示。

表1 分布式發(fā)電具體情況

圖1 分布式電源并網(wǎng)模型示意圖

2 分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

由于分布式電源在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)受到諸多外界不可控因素的影響，因此在并網(wǎng)之后會(huì)對(duì)電能質(zhì)量造成一定影響，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)，不利于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 輸入能量變化及外界環(huán)境會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)

無(wú)論是光伏電池板還是風(fēng)電機(jī)組，在運(yùn)行過(guò)程中外界環(huán)境中的自然能源輸入都是導(dǎo)致分布式電源輸出功率變化的主要因素。想要保證電能質(zhì)量，提高分布式電源的發(fā)電效率，需要摒棄傳統(tǒng)電能控制中的定功率控制，將其改變?yōu)樽畲蠊β首粉櫩刂啤?/p>

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，風(fēng)電機(jī)組的輸入功率主要由風(fēng)能決定。分離機(jī)的運(yùn)行效果會(huì)直接影響到發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率與風(fēng)速，但是風(fēng)速作為自然環(huán)境中的不可控因素，隨機(jī)性較強(qiáng)，一旦風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)速出現(xiàn)快速變化，那么輸出功率必然也會(huì)隨之變化。如果風(fēng)速超過(guò)了該機(jī)組額定有效風(fēng)速范圍，那么可以控制調(diào)節(jié)機(jī)組中的控制系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減少輸電功率的波動(dòng)，但是這一手段也不能保障設(shè)備功率恒定。除此之外，風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)受到塔影效應(yīng)和風(fēng)剪切效應(yīng)等因素的影響，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)矩不能穩(wěn)定運(yùn)行，最終造成輸出功率出現(xiàn)波動(dòng)[1]。而光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部位是光伏電池板，電池板的功率輸出會(huì)隨著環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度的變化而變化，一旦天氣出現(xiàn)明顯變化，將會(huì)直接導(dǎo)致光伏輸出功率受到影響。此外，光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)受到熱斑效應(yīng)帶來(lái)的影響。

2.2 分布式電源啟停不受電網(wǎng)控制

在分布式電源運(yùn)行過(guò)程中，啟停與多種因素有關(guān)，如用戶需求、自然條件以及電力市場(chǎng)等。一般情況下，分布式電源運(yùn)行過(guò)程中，有關(guān)運(yùn)行和調(diào)度通常是由產(chǎn)權(quán)所有者進(jìn)行控制，但是分布式電源的產(chǎn)權(quán)可能不屬于電網(wǎng)公司，而是其他經(jīng)營(yíng)主體，這一現(xiàn)象也是導(dǎo)致分布式電源啟停不受電網(wǎng)控制的主要因素。例如，分布式電源在運(yùn)行過(guò)程中，所有者會(huì)根據(jù)自己的用電情況對(duì)電源進(jìn)行控制，或者因?yàn)榻?jīng)濟(jì)效益等因素的影響，只有電價(jià)高于發(fā)電成本，經(jīng)營(yíng)主體才會(huì)啟動(dòng)分布式電源，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)一定影響。

2.3 輸入能量變化以及其他干擾

衛(wèi)星燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池以及同步柴油機(jī)組等都是流量可控的分布式電源，因此在運(yùn)行過(guò)程中，輸出功率處于恒定狀態(tài)，能量的波動(dòng)一般不會(huì)對(duì)輸出功率造成明顯變化。例如，在同步柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，氣缸在點(diǎn)火熄滅過(guò)程中存在有功率波動(dòng)現(xiàn)象，基于此國(guó)家相關(guān)部門對(duì)同步柴油發(fā)電機(jī)的制造和設(shè)計(jì)提出了一定要求，此類型發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)電壓要小于0.5%[2]。

燃料電池在運(yùn)行過(guò)程中能夠通過(guò)對(duì)其輸入和反饋進(jìn)行控制而達(dá)到電源控制的目的。但是這一操作對(duì)于系統(tǒng)的精確度要求較高，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中極易出現(xiàn)參數(shù)偏移現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而使得燃料電池在使用過(guò)程中出現(xiàn)功率輸出波動(dòng)現(xiàn)象。熱電聯(lián)產(chǎn)的分布式發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，所有輸出都要滿足熱量的需求，并且有關(guān)機(jī)組的功率變化也存在時(shí)間限制，因此當(dāng)供熱需求發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)在一定程度上導(dǎo)致分布式電源發(fā)電功率也隨之發(fā)生變化[3]。以上內(nèi)容對(duì)分布式電源接入受的電壓波動(dòng)進(jìn)行了論述，但是如果將分布式電源結(jié)合當(dāng)?shù)刎?fù)荷情況合理協(xié)調(diào)，那么當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，協(xié)調(diào)分布式電源能夠有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)，進(jìn)而確保電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，為用戶輸送源源不斷的優(yōu)質(zhì)電能。

3 應(yīng)對(duì)分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量不利影響的相關(guān)措施

結(jié)合當(dāng)前我國(guó)分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，在并網(wǎng)過(guò)程中會(huì)對(duì)電能質(zhì)量帶來(lái)一定影響，想要降低不利影響，電力企業(yè)需要從實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況構(gòu)建電能質(zhì)量治理信息庫(kù)，積極引進(jìn)對(duì)比測(cè)試技術(shù)，采用三級(jí)協(xié)調(diào)的配電網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化手段等，使得電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

3.1 結(jié)合分布式電源并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)情況，構(gòu)建電能質(zhì)量治理信息庫(kù)

3.2 積極引進(jìn)對(duì)比測(cè)試技術(shù)，改善光伏電源并網(wǎng)帶來(lái)的不利影響

光伏分布式電源并網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中主要是利用半導(dǎo)體材料直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，其本質(zhì)與二極管的運(yùn)行十分相似。因此在分析光伏分布式電源時(shí)，可以將其看作半導(dǎo)體型二極管。當(dāng)光子直接射入半導(dǎo)體時(shí)，將會(huì)與材料之間發(fā)生相互作用，進(jìn)而在此過(guò)程中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，有關(guān)等效電路如圖2所示。

圖2 光伏電池等效電路圖

由圖2可知，在光伏電池運(yùn)行過(guò)程中，有關(guān)運(yùn)行方程式為：

由上述內(nèi)容可知，光伏電源并網(wǎng)運(yùn)行與二極管運(yùn)行十分相似，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓造成諧波影響。針對(duì)這一問(wèn)題，工作人員可以從電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)入手，對(duì)光伏電源并網(wǎng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測(cè)，積極引進(jìn)對(duì)比測(cè)試技術(shù)，對(duì)其電能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試，與實(shí)驗(yàn)室逆變器測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，探究?jī)烧咧g的差異，分析造成差異的具體原因。完成上述內(nèi)容之后，在不同電氣環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)下分析電流注入情況與諧波情況等指標(biāo)，以此為基礎(chǔ)觀察光伏發(fā)電并網(wǎng)中的電能變化情況，進(jìn)而針對(duì)其中存在的問(wèn)題采取措施進(jìn)行解決，保障光伏發(fā)電并網(wǎng)后電能質(zhì)量能夠安全又穩(wěn)定。

3.3 改善電能質(zhì)量的其他方法

除了上述方法之外，采用三級(jí)協(xié)調(diào)的配電網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化手段及構(gòu)建分布式智能控制裝置也是改善電能質(zhì)量的有效方法，以下內(nèi)容對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)論述。

3.3.1 采用三級(jí)協(xié)調(diào)的配電網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化手段

采用該優(yōu)化手段改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的過(guò)程中，通常會(huì)涉及到有載調(diào)壓主變調(diào)壓控制、10 kV無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備控制以及用戶電壓監(jiān)測(cè)等多級(jí)協(xié)調(diào)控制機(jī)制。工作人員在此過(guò)程中要充分考慮到其他層的電壓和無(wú)功影響，并且在對(duì)相關(guān)層開(kāi)展控制工作時(shí)需要考慮對(duì)緊鄰層的影響，而后合理選擇越層調(diào)控或者上層調(diào)控方式[6]。在對(duì)配電網(wǎng)電壓進(jìn)行預(yù)算時(shí)可以采取自下而上的方式進(jìn)行，根據(jù)預(yù)算結(jié)果對(duì)電壓校正控制。

3.3.2 構(gòu)建分布式智能控制裝置

想要解決分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量帶來(lái)的影響，可以結(jié)合實(shí)際情況，構(gòu)建集指令執(zhí)行功能、信號(hào)采集以及分析規(guī)劃為一體的分布式智能控制系統(tǒng)。充分結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運(yùn)行情況，選擇典型區(qū)域進(jìn)行示范應(yīng)用，以便能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中不同電壓等級(jí)分層分區(qū)，實(shí)現(xiàn)水電和光伏等分布式電源的電能質(zhì)量綜合治理，促使配電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中降低損耗，滿足社會(huì)發(fā)展和生產(chǎn)管理對(duì)電能的需求[7]。與此同時(shí)，工作人員要注意結(jié)合電力項(xiàng)目建設(shè)需求，嚴(yán)格按照我國(guó)政府部門出臺(tái)的規(guī)章制度，驗(yàn)證控制裝置的有效性，確保分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量帶來(lái)的影響能夠降到最低。

4 結(jié) 論

結(jié)合當(dāng)前我國(guó)分布式電源并網(wǎng)的運(yùn)行情況來(lái)看，此類型電能生產(chǎn)方式有效推動(dòng)了我國(guó)環(huán)保工程的進(jìn)展。但是由于該類型電源并網(wǎng)極易受到外界環(huán)境的影響，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響，導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)現(xiàn)象等，不利于對(duì)用戶輸送源源不斷的優(yōu)質(zhì)電能。想要解決這一問(wèn)題，需要從電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況入手，積極引進(jìn)對(duì)比測(cè)試技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)與理念，確保電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。