分布式電源並網中電能質量相關規範分析
科技專論
作者：靳印涵
【摘要】在電力係統不斷發展過程中，人們開始日趨關注分布式電源並網，我們結合西方發達國家的成功經驗，科學分析了分布式電源接入電網的相關規範，希望可以提供一些有價值的參考意見。
【關鍵詞】分布式電源；並網；電能質量
近些年來，分布式電源受到了電力領域的普遍關注，具體來講，分布式電源指的是將較小的發電機組配置於用戶現場或者附近，促使用戶的電能質量需求得到滿足，並且現存配網運行的經濟性也可以得到保證。這些小的發電機組包括可再生能源和不可再生能源兩種，前者包括風力、太陽能、生物質等，後者則包括燃氣輪機、燃料電池等。
1、分布式電源與電網的連接方式
一是風力發電的並網方式：首先是同步發電機並網，將同步機給應用過來，通常需要聯合逆變器，方可以促使控製和聯網得到實現；在電氣連接方式中，整流定子電流，借助於連接變壓器，來有效連接電壓源型逆變器和交流係統。
其次是異步發電機並網，這種方式通常會應用到風力發電中，但是因為有著較大的並網衝擊和較大的無功損耗，將異步方式應用過來時，需要將靜止無功補償器給設置過來。
然後是雙饋發電機，本發電機的結構類似於繞線式感應電動機，在電網中直接接入其定子繞組，轉子繞組借助於低頻電源來將三相勵磁電流給供給出來。轉子繞組在通過三相低頻電流的過程中，會有低速旋轉磁場形成於轉子中，疊加磁場的轉速和轉子的機械轉速，就和定子的同步轉速相等。風速改變時，就會改變機械轉速，那麼轉子電流的頻率和旋轉磁場的速度也會發生變化，以便對電機速度的變化進行補償。因為雙饋發電係統使用了較小容量的電力電子變換裝置，可以靈活控製，那麼就可以通過合理設計變換裝置，來降低並網衝擊和諧波水平。
二是光伏發電的並網方式：首先是工頻變壓器方式，光伏輸出要經過平波逆變濾波之後，借助於工頻變壓器來連接係統。將工頻隔離應用過來，直流偏磁得到了避免，諧波得到了顯著減少；其次是高頻連接方式，變壓器隔離掉高頻逆變之後的光伏輸出，之後借助於整流逆變來連接係統。因為這種電路將隔離變壓器設立了過來，主電網中就不會流入直流分量，直流偏磁現象不會出現，也可以更加方便的設計濾波器，沒有較高的諧波水平。最後是無變壓器方式，借助於升壓斬波器、逆變器等，直接連接到電力係統，不需要較高的造價成本，但是係統中可能會流入直流分量，因此，就需要專門分析直流問題（我這裏隻是介紹了並網方式，分析直流問題的話，還需要較大篇幅）。
2、分布式電源所接電網的形式和應該考慮的問題
通過調查研究發現，所聯電網的電壓等級、短路容量、聯網設備以及電源性質和容量等諸多因素都會影響到分布式電源並網的電能質量。通常我們可以將其劃分為這些情況：
情況1：發電容量比容量水平1要小，考慮將分布式電源接入到380V/220V低壓配電網中，可以將三相方式或者單相方式的電源接線給應用過來。情況2：發電容量比容量水平2要小，將分布式電源接入到中壓設備供電網中。中壓設備有3kV、6kV以及少量10kV供電電壓，線路將三相三線方式給應用了過來。情況3：發電容量比容量水平3要小，將分布式電源接入到中壓輻射狀配電網中。在這種配電網中，從同一變電站母線引出多條饋線，各條出線有著有著較為緊密的相互作用。情況4：發電容量比容量水平大，將分布式電源接入到中壓電網中，但是不能采用輻射狀配電網，電網有10kV的電壓等級，將三相三線結構給應用了過來。其中，容量水平1至容量水平3為需要係統研究方可以確定，國外典型推薦值為容量水平1為50kW，容量水平2為2000kW，容量水平3為10000kW。
3、不同並網情況時的電能質量規範考慮
情況1：借助於逆變裝置，來連接係統和分布式電源，因為存在著逆潮流，那麼低壓用戶電壓偏差就可能會比規定值要大，就要求進相無功功率控製和出力控製功能是分布式電源所具備的。否則，為了滿足相關要求，需要對配網進行強化。但是部分分布式電源是不要這一點的，如單相三線、6kVA以下等。在連接係統時，如果采用的是自勵式逆變裝置，那麼自動同期功能應該是逆變裝置所具備的。如果將他勵式逆變裝置應用過來，連接係統的過程中，並機造成的電壓暫降比某一數值要大，在百分之十以上時，就需要將限流電抗器給應用過來。否則需要對配網進行增強，或者是將自勵式逆變裝置給應用過來。如果連接係統采用的是同步發電機，那麼就需要將阻尼繞組和自動同期檢測單元裝設於同步發電機中；連接係統采用的是異步發電機，如果並機導致的電壓暫降比某一數值要大，就需要對限流電抗器進行加設；否則就需要對配網進行強化，將同步發電機給應用過來。