分布式发电中电能质量问题的研究

摘要：由于传统能源的逐渐枯竭和人们对环境保护的重视，电力系统将面临巨大的改革，分布式发电是未来电力系统的方向，而电能质量问题是任何发电方式都避免不了的问题。该文就分布式发电系统中可能出现的电能质量问题进行分析，指出其存在的问题并发掘其潜力，最后提出了一些可行的研究方向。 

关键词：分布式发电 电能质量 制定电力技术 无功补偿 

　　20世纪80年代以来，大量基于机的控制设备和电力装置投入使用，使得电能质量的性能变得非常敏感；调速电机、无功补偿装置和新型负荷的出现导致系统谐波水平不断上升，对电能质量提出了更高的要求；电力用户不断增长的电能质量意识迫使电力公司提高供电质量。在传统的电力系统体制下，世界各国对电能质量问题进行了深入的研究，并采取了相应的解决策略。 
　　现在全世界的供电系统中90%是以大机组、大电网、高电压为特征的单一式供电系统，但是由于传统能源资源的逐渐枯竭，当今社会许多部门对电能质量要求的提高，以及世界各国对环保问题的日益重视，一种环保、高效、灵活的发电方式－分布式发电已经被世界各国所重视，成为21世纪电力系统最重要的研究方向。分布式发电的引入将对现有的电力系统产生极大的影响，欧美许多国家已经对这种新型的发电方式开展研究，我国的分布式发电的研究落后于一些欧美发达国家，但是近年来我国也对分布式发电开展了一些基础性的研究，本文就分布式发电对电能质量和系统稳定性造成的影响进行分析，进而对相关的问题提出自己的看法。 
　　1 分布式发电给电能质量带来的潜在问题 
　　分布式发电是建立在电力电子技术的基础上，大量的电力电子转换器将应用到电力系统中来，这些器件将担负着能量的传递和负荷的投切等重要功能。随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，特别是开关方式工作的静止变流器，对其进行操作会引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波污染。现在较为常见的电能质量问题有：频率偏移、长时电压偏移、短时电压偏移、电磁暂态、三相不平衡、波形失真、电压波动和闪变等现象，其中波形失真中间的谐波问题是最近几年才被逐渐重视的。 
　　分布式发电（DG）对电能质量主要有两个方面的影响。首先对电压闪变造成影响。电压闪变是灯光照度不稳定而造成的视感，传统电网引起电压闪变的主要原因是负荷的瞬时变化，随着分布式发电的引入，将带来引起电压闪变的其他因素。这些因素主要是以下几个方面：某个大型分布式单元的启动，分布式单元输出的短时剧变，以及分布式单元与系统中电压反馈控制设备相互作用而带来的不利影响。 
　　众所周知，电力系统中存在大量的非线性成分从而引入了大量的谐波。谐波的引入对电力系统造成的危害有：谐波的出现增加了电站和用户设备的功率损耗；有时谐波会使敏感负荷或者控制设备发生故障；电网波形中谐波成分比例过大，会使一些电力设备寿命减少，如变压器、发电机、电容器等。由于电力电子器件大量应用于分布式发电，所以不可避免的给系统带来大量谐波。至于带来谐波的幅度和阶次受到发电方式以及转换器的工作模式的影响。 
　　2 分布式发电对电能质量改善存在潜在的优势 
　　虽然分布式发电的引入给系统带来许多不确定性，造成电压闪变以及引进大量谐波，使电能质量的一些方面进一步恶化，但是分布式发电也存在改善电能质量的潜力。首先分布式电源能够及时快速的提供电能，当电网关联负载较大时，分布式电源在相关控制策略下在尽可能短的时间内投入使用，使系统尽可能少的减少故障，从而提高整个电网系统的稳定性。 
　　现在许多电力系统的专家和学者对传统电网的电能质量问题进行了较为广泛深入的研究。在抑制谐波、降低电压波动和闪变以及解决三相不平衡方面，目前已经有几种装置可供选择。技术已经相当成熟的有无源滤波器、静止无功补偿装置（SVC）等，随着高性能的电力电子元件（例如GTO、IGBT、LTT等）的出现以及微处理和微电子技术、信息技术和控制技术的发展，美国电力专家提出了柔性交流输电系统（又称FACTS），现在主要的FACTS装置有：静止无功补偿器（STATCOM），晶闸管控制的串联投切电容器（TSSC）、可控串联补偿电容器（TCSC）、统一潮流控制器（UPFC）等。作为FACTS技术在配电系统应用的延伸--DFACTS技术（又称Custom Power 技术）已成为改善传统集中式发电系统电能质量的有力工具。该技术的核心器件是IGBT，目前主要的装置有：有源滤波器、动态电压恢复、配电系统用静止无功补偿器、固态切换开关等。APF是补偿谐波的有效工具，DVR是抑制电压陷落的有效装置。 
　　以上改善电能质量的技术是建立在电力电子技术和通信控制技术的基础上的，而分布式发电正是建立在电力电子技术、计算机、通讯技术和控制技术发展的基础上，这样新型电力系统使得复用自身的电力电子转换器成为可能，利用现有电力电子设备吸收或释放有功、无功，从而不仅实现电能的传输转换，而且改善了系统的电能质量，减少了系统的额外投资。当然实现以上功能要建立精确的控制策略，分布式发电自身的电力电子转换设备不可能完全代替改善传统电网电能质量的设备技术，能够将分布式发电设备应用到DFACTS技术中去，不仅提高了电能质量水平，而且减少了设备投资。 　3 可行的研究方案及其思路 
　　从发达国家来看，DFACTS技术逐渐成为电力公司和用户的最优选择。此种技术的基础正是电力技术及其相关的检测和控制技术，尤其是可控硅器件的水平和实用性。未来电力系统的必然趋势是分布式发电。分布式发电技术也是基于这些技术才可以得以发展，所以充分结合现有改善电能质量的有效技术，探讨分布式发电带来电能质量新问题的成因，这将是一种十分可行的研究方案。下面将提出一些具体的研究内容： 
　　大量电力电子器件应用到分布式发电，将会给电能质量问题带来新的挑战，对未来可能出现的问题进行合理的预测是非常必要的。 
　　分布式发电本身可以产生大量的有功和无功，如果能够合理的应用这些能量来改善电能质量，将节省设备投资。 
　　将分布式发电自身潜在优势充分的利用在改善电能质量，合理的控制策略是必不可少的。 
　　分布式发电无法解决自身的所有问题，传统电网改善电能质量的技术可以结合到分布式发电中。这种兼容并包的研究思路既可以减少开发研究时间，又可以保证电能的高质量。 
　　分布式发电广泛应用到电力系统，传统的检测和分析方法很难适应于电能质量的评估，因此有必要对此进行研究。 
　　4 结论 
　　虽然我国现状是传统集中式大电网，但是电力未来发展方向将是分布式发电。欧美一些发达国家已经认清了趋势，对分布式发电已经开展了广泛的研究。我国对此的研究虽然还处于刚刚起步阶段，但是已经开始对此方向投入大量的精力和物力，鼓励相关人员对此进行广泛深入的研究。电能质量问题是任何发电方式都不能避免的问题，越早对其进行研究，将对我国分布式发电的发展起到积极的促进作用。