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摘要：随着科技发展和能源结构的格局变化，在新的发电形式中，可再生清洁能源将逐步取代传统一次能源。传统一次能源的非再生性和对环境污染的不可逆性，促使人们寻求新能源来改变现有的能源结构。而太阳能资源具备取之不尽，用之不竭、绿色环保、使用寿命长、维护简单等优点，在可持续的能源战略中具有重要地位。因此，分布式光伏的发电形式具有很大的发展空间。本文对高渗透率下分布式光伏并网电能质量的影响进行研究，研究了分布式光伏接入配电网后对电压质量的影响以及其投运前后对电能质量各项指标的综合评估。
关键词：渗透率；分布式光伏；电能质量
引言
随着分布式光伏的不断发展，伴随着分布式光伏的渗透率的增加，会对系统的电能质量产生严重影响，主要会造成供电电压不稳定、谐波污染、三相电压不平衡以及无功功率不平衡等方面的问题。因此，研究高渗透率下分布式光伏并网电能质量的影响，对太阳能合理利用和配电网建设具有理论指导意义。
1光伏发电并网后配电网的电能质量评估研究现状
分布式光伏发电是指利用装机容量较小的、分散布置在用户附近的发电系统。分布式光伏接入配电网后，会对其电能质量产生一定程度的影响。国外发达国家的研究重点在分布式光伏对系统的影响方面，但是其对低压配电网用户供电质量的影响没有受到重视。目前，大部分电能质量评估模型具有较大的主观性且数据处理复杂。传统的电能质量综合评估方法对电能质量综合评估是对电能质量进行优劣排序，并没有考虑用户需求。而分布式电源接入大电网的电能质量评估应将研究重点放在分布式电源自身。对传统的数据进行分析，将多个未接入大电网的分布式电源进行相对优劣的评估。但是不能对每一个决策单元进行有效分析。经过长期的研究，国内外很多学者取得了丰硕的研究成果，产生了很多新理论和新方法。但是对于新理论和新方法的实用化和可行性还有待进一步深入研究。
2分布式光伏并网系统电能质量综合评估方法
电能质量评估得各项指标如下：
（1）电压偏差
电压偏差是在正常运行方式下，供电电压出现持续性偏离运行标称值。电压偏差的公式如下：
电压偏差= 
×100％
（2）电压波动、闪变
电压波动是在正常运行时，有些负荷会有功率变化，短时间内实际电压情况变化幅度很大。电压波动为电压的有效值一系列的变动或连续的改变。电压波动可用参数电压变动 d 表征，其表达式为：
电压短时的剧烈波动会导致设备运行出现问题甚至停运，在居民用电中，有大量的白炽灯灯管，电压波动会使其明显的闪烁。电压闪变是由电压波动造成的电压闪烁，由电压闪烁造成人眼的明显不适也呈周期性变化。
电压闪变可由视感度系数fK 表征，其为：
（3）谐波
在一个周期内，电气量的正弦波分量被称为谐波，其频率为相应基波频率的整数倍。电力系统谐波的评价指标可用谐波失真度或畸变率 
，各次谐波分量总有效值和基波分量有效值之比。电压畸变率如下式：
式中，
为额定基波电压或者谐波电压的均方根值；M为谐波的最高次数，一般取值为 50M。
（4）三相不平衡
电力系统正常运行时三相对称，幅值相同，角度各相差 120 度。在电力系统中，三相不平衡的主要原因是各相负载或元件参数不同。三相不平衡由三相不平衡度来表征，电压三相不平衡度、电流三相不平衡度用公式表示为：
（5）频率偏差
频率偏差是指在电力系统在正常运行方式下，系统基波频率与额定频率的差值。频率偏差的公式如下：
频率偏差=实际频率-标称频率
3基于DEA分析的电能质量评估流程
传统的电能质量评估办法是对指标进行评估，本章着眼于分布式能源本身及用户所需的治理方案来进行评估。在电网运行中，现有的电能质量治理方式是供电侧对用户侧进行统一治理。供电侧统一的治理标准使所有用户支付的电能治理的费用相同，让现有的用户不能根据个人及企业需求进行高效适价的电能质量分配。在投运前电能质量的评估指标如图1，评估过程中选取输入和输出指标，
输入指标有分布式电源参数、电能质量治理装置容量，输出指标为评估电能质量的各项指标。
图1 投运前电能质量评估指标
现有电能质量治理方式主要有 SVC（静止无功补偿器）、STATCOM（静止同步补偿器）、UPS（不间断稳压电源）、DATATCOM（配电网静止同步补偿）、SSTS（固态电子转换开关）、DVR（动态电压恢复器）等。根据每种补偿器自身的特点治理不同用户的电能质量指标的需求。
以用户的需求为出发点，电能质量治理成本将随着治理方式不同、治理装置的容量不同而发生变化。不同电能质量层级需求的用户用于电能质量治理方式也不相同。在分布式电源未并入大电网前，先进行传统 DEA 分析，在结合用户侧需求进行不同的电能质量治理方式的电能质量新数据，在对新的电能质量数据进行综合交叉 DEA 分析，得分布式电源接入点的新评估数据进行电能质量分层。
基于 DEA 析的不同用户侧需求电能质量评估流程图如图2。
图2 基于DEA分析的电能质量评估流程图
4展望未来发展趋势
分布式光伏发电系统会受太阳光照强度、温度、风速等的影响较大，其发电情况具有随机、间歇等特性。高渗透率分布式光伏并网运行时，对传统大电网的安全可靠运行产生不良影响，会造成严重的电能质量问题。本文针对分布式光伏接入配电网后，对电能质量中电压波动、电压闪变、电压暂降、谐波、三相不平衡的五项指标进行影响分析。
（1）对分布式光伏投运前的电能质量评估，采用综合交叉 DEA 分析方法。在传统 DEA 评估方法基础上，引入了交叉机制采用交叉 DEA 分析方法。在评估电能质量时，不仅评价分布式光伏本身对电能质量造成的影响，还能评价治理方案对电能质量的优化情况。交叉DEA 分析方法分析复杂，需求解大量的线性规划方程，用 Matlab 编译综合交叉 DEA 分析方法的程序。分布式光伏并网前，接入不同电能质量治理装置后进行评估。根据用户的不同需求进行治理，让用户侧的电能质量更好的实现因需供电的交互供电方式。
（2）对分布式光伏投运后的电能质量评估，进行 AAFSA-PPM 分析评估方法。在 AFSA 算法基础上，引入自适应参数，并对 visable 和 step 两项参数优化后，AAFSA 在全局寻优和寻优时间中的优势更加明显。通过投影寻踪方法提取电能质量各项指标的特征，结合人工鱼群算法对电能质量的各项指标分权。电能质量综合评价的五个指标因子影响程度如下：三相不平衡>谐波>电压闪变>电压暂降>电压波动。对比 AFSA-PP 和 RAGA-PP 的电能质量评估办法，三种算法所得到的电能质量的综合评估结果基本相同，且在电能质量评价等级的经验值和计算值的误差分析中，使用 AAFSA-PPM 对电能质量进行评估时，该种算法的平均相对误差值更小，可以更好的实现电力系统中对电能质量的评价。
结束语
综上所述，本文讨论高渗透率下分布式光伏发电接入对配电网电能质星方面的影响，总结光伏电源在并网电能质星方面需要满足的要求，还应对光伏电源接入对电网无功电压水平、电压偏差、电压波动、谐波电压等电能质量方面的影响进行评估，并提出相关的建议或改进措施。
参考文献：
[1]柴鹏飞.电能质量综合评估办法研究[D].郑州大学，2014.
[2]金卓勍.考虑电能质量问题的分布式光伏接入规划办法[D].武汉大学，2014.
[3]付学谦，陈皓勇，刘国特，等.分布式电源电能质量综合评估方法[J].中国电机工程学报，2014，36（9）：34-25.
作者简介：
1.高运兴（1986年12月3日），男（汉族），山东龙口，硕士，工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化。
2.李雅文（1988年6月27日），女（汉族），山东莱芜，硕士，工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化。
3.叶俊（1971年1月14日），男（汉族），上海，学士，副高级工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化。
论文作者:高运兴,李雅文,叶俊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：电能论文; 质量论文; 电压论文; 分布式论文; 光伏论文; 谐波论文; 指标论文; 《电力设备》2018年第35期论文;