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浅谈微网运行和电能质量控制分析
作者:余慎铖  时间:2014/7/14 15:53:00  来源:论文天下论文网

  【摘要】微网是指由储能装置、分布式电源、能量转换装置、监控和保护装置、先关负荷汇集而成的微型发配电系统,又被称为微电网。它能实现自我保护、控制和管理,不仅能与外部的电网并网运行,也可以独立运行,是智能电网不可或缺的部分。微网这一概念被提出来规范分布式发电,使其“友好地”接入电网,协调分布式发电与电网之间的矛盾。微网是解决分布式电源大规模接入电网的重要方法,也是发展智能电网的重要研究内容。 微网运行控制和微网及含微网电网的电能质量分析与控制是微网研究的关键技术,为微网应用于实际和大规模微网接入电网提供理论参考和技术支持。微网的兴起对解决分布式电源并网的政策、市场和技术等方面的问题有非常重大的意义。为了发挥分布式发电技术在环境、经济和能源中的优势,微电网被很多国家纳入了未来电网发展的进程。微网的电能质量问题不容忽视,本文对微网运行和电能质量控制进行简单的分析和探讨。


  【关键词】微网运行;电能质量控制;分析

  0.引言
  随着技术的进步,过去的几十年中,电网规模扩大,逐步发展成为集远距离输电和集中发电的超大型互联网络系统。但是不断增大的远距离输电量使得外来电力对受端电网的影响越来越大,电网运行的安全性和稳定性不断下降,并且难以满足供电多样化的需求。另外,常规能源枯竭、环境污染等问题日益突出,分布式电网以其高效、环保、灵活的特点备受青睐。可再生能源可有效缓解全球能源危机,提高能源可持续发展能力。分布式发电是可再生能源开发利用的有效途径,它充分利用各种可用的分散存在的能源进行发电,有利于缓解集中发电设施建设的压力,是大电网的有效补益。分布式发电优势明显,然而,由于分布式发电的随机性和分散性,大规模接入会对电网的安全稳定运行带来影响,当电网发生故障时,分布式发电必须与电网断开,无法发挥分布式发电削峰填谷的作用。电能质量是指电力系统中电能的质量,完美对称的正弦波是理想电网的表现。对称正弦会受到一些因素的影响,从而产生电能质量问题,本文对微网运行产生的电能质量问题进行简单的分析研究。
  1.微网运行中的电能质量控制出现的问题
  1.1微网的系统结构
  微网的系统主要由光伏发电部分、电力系统动模实验室中的发电组和风力发电部分构成[1]。如下图所示:
  风力发电采用双馈发电机、异步发电机和同步发电机这三种并网方式。首先,整流器对同步发电机发出的电能进行整流,再通过逆变器变成交流,最后通过隔离变压器进取电网。双馈发电机和异步发电机通过定子绕组直接并入电网。光伏发电则是先有光伏电池产生电能,再通过DC/DC变压器升压,最后经有源滤波器和逆变器并入电网。
  微电网分为两种形式,即联网型微电网和独立型微电网。联网型微电网具有并网和独立两种运行模式。在并网工作模式下,它一般与中、低压配电网并网运行,互为支撑,实现能量的双向交换。在外部电网故障情况下,可转为独立运行模式,继续为微电网内重要负荷供电,提高重要负荷的供电可靠性。通过采取先进的控制策略和控制手段,可保证微电网高电能质量供电,也可以实现两种运行模式的无缝切换。
  1.2微网电能质量问题
  1.2.1谐波
  配电网中的谐波问题是一般是由非线性负荷引起的,微网的谐波环境比较复杂,共分为三类:配电网及微网中的非线性负荷,储能装置和微电源电力电子接口。第一,微网在并网运行时,PCC会将配电网的电压谐波渗透到微网中,谐波的含量虽然很小,但是很可能放大微网的谐波。第二,储能装置和微电源的电力电子接口变换器会产生谐波,微电网的的非线性负荷也会引起谐波,如治理不及时,有可能造成公共连接点的电压波形畸变。
  1.2.2闪变和电压波动
  传统配电网中的闪变和电压波动重要是由负荷的无功率波动引起的。微网中的闪变和电压波动不仅受负荷的影响,微电源的输出功率波动也是影响微网中善变和电压波动的重要影响因素。负荷引起的电压波动与电路短路容量成反比,与负荷的无功功率成正比[2]。由于微网中的部分微电源是不可调度电源,受自然条件的影响比较明显,因此可以将其视为负负荷,微电源造成的电压波动与微网的短路容量成反比,与微电源的输出功率的波动成正比。微网在独立运行时,因其短路容量较小,电压的波动会变得比较严重。微网在并网运行时,引起短路容量较大,电压的波动可以被限制在比较小的范围。
  1.2.3三相电压不平衡
  负荷不对称会引起配电网中三相电压的不平衡,配电网的三相电压不平和或者负荷不平衡则是微网中三相电压不平衡的原因。在配电网三相电压不平衡程度较轻,微网仍在并网运行的情况下,微网的正常运行会受到不良影响,导致三相电流不平衡,产生大量的零序和负序电流,最终会引起PCC出三相电压不平衡。
  1.2.4频率波动
  微网在独立运行时,其频率是由储能装置和微电源共同调节的,由于微电源大部分是电力电子接口,模仿传统旋转发电设备在静态时的发电特性,采用下垂特性进行一次调频,可调度的微电源和储能装置共同完成第二次调频[3]。微网在并网运行时,则由主电网进行调频,以保证微网的频率稳定,这种情况下,调频方式与传统配电网一致。
  2.改善措施
  2.1谐波的改善措施
  SAPF的原理是先从补偿对象检测出无功电流和谐波电流等分量,再由补偿装置产生于检测出的极性相反但是分量大小相等的补偿电流分量,从而抵消无功电流和谐波电流等分量。SAPF原理的特点有:补偿功能多样化,补偿特征不收电网阻抗的影响,动态响应快。
  2.2闪变和电压波动的改善措施
  对于闪变和电压的波动抑制措施要根据电网的实际状况而定,主要的改善措施有以下几种:第一,在电网的设计时应提高供电点的短路容量。第二,自备发电厂,通过大型同步电动机进行跟踪补偿。第三,将两个以上的冲击负荷在时间上错开,或设立单独的动态无功能补偿器加以解决。
  2.3三相电压不平衡的改善措施
  由于微网是三相四线制的电网,三相间的不平衡电流是无法避免的。由于用电的不规律性导致低压供电系统三相电压负荷长期不平衡,对于三相不平衡,电力部门要尽量合理分配负荷[4]。在建设、设计微网特别是并网运行时要尽量注意均衡负荷,最大限度的平衡三相上的负荷电流。
  2.4频率波动的改善措施
  由于微网在独立运行时,频率是由微电源和储能装置共同调节,为了控制微网频率波,有关学者提出了一个虚拟惯性频率控制的方法,即使微网电源既能有下垂特性,又有与同步发电机转子相类似的惯性。发生扰动时,能支撑电网的频率从而提高微网频率的稳定性。
  3.结语
  微网技术的优点是有目共睹的,但是由于微电源的自身特性,微网的电能质量和微网运行的稳定性受其影响很大。目前研究微网的文献主要探讨的是分布式电源在接入配电网后对电能质量的影响。我国对微电网的研究起步较晚,在关键技术方面取得了一些成绩,但与国外发达国家相比相差甚远。在能源日益枯竭的今天,对微网的研究和利用势在必行,国家出台了微电网相关的政策,并在“十二五”期间建设了三十多个微网示范工程,微网在国内外的市场前景非常广阔。未来,微电网将成为综合能源系统,向结构多样化、控制智能化、概念扩大化、功能复杂化等方向发展。

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