电网电压波动的影响分析

　　引言

　　近年来，以风力发电和光伏发电为代表的分布式发电技术得到了迅速的发展和大力的推广。一方面，分布式电源的环境友好性和循环再生性为应对能源危机和环境污染提供了帮助;另一方面，人们也注意到了分布式发电由于受到自然条件的限制，其输出功率具有很强的随机性和波动性，大规模的分布式电源并入电网，将会对现有电力系统的供电质量产生严重的影响。

　　本文将对分布式电源接入而引起的电压波动进行系统研究，分析电压波动的形成机理，在考虑分布式电源接入的配电网特性上指出分布式电源对电压波动的影响及计算方法，分类讨论容易引起电压波动的分布式电源功率变化的几种情况。提出利用分布式电源抑制电压波动的优势与基本思路。

　　针对分布式电源对电网电压波动具有潜在影响的问题，本文对分布式电源接入引起的电网电压波动进行系统研究。首先分析了电压波动的形成机理;然后说明了分布式电源接入配电网时电压波动的特殊性，在此基础上分析了分布式电源功率变化对电压波动的影响;接着讨论了容易引起电压波动的分布式电源功率变化的几种情况;最后探讨了利用分布式电源抑制电压波动的优势与基本思路。

　　1电压波动及其形成机理

　　1.1电压波动的定义

　　为了研究分布式电源接入对电压波动的影响，首先分析电压波动的形成机理。根据GB/T12326—2008，电压波动被定义为基波电压方均根值(有效值)一系列的变动或连续的改变。其变化周期大于工频周期。相对于电压偏差而言，电压偏差也可称为快速电压变动或动态电压变动。

　　电压波动可以通过电压方均根曲线来描述，电压变动d和电压变动频度r分别是衡量电压波动大小和快慢的指标。波动大小可由式(1)计算得到

　　式中：ΔU为电压方均根曲线上相临两个极值电压之差;UN为系统标称电压。

　　1.2电压波动的形成机理

　　考虑三相平衡的供用电系统，图1所示为简化的供电电路的等效单线图。其中，Z0=R0+jX0为系统等值阻抗，ZL为负荷阻抗，U0为供电系统的无限大电源母线电压，为负荷电流，P+jQ为负荷的复功率。

　　图1供电系统简化单线图

　　系统等值阻抗Z0上的电压降表达式为

　　如果认为无穷大电源母线电压不受用电负荷影响，U0维持不变，那么负荷侧的供电母线电压的波动就是由系统等值阻抗Z0上的电压变动造成的。负载侧供电母线电压波动的幅度与系统等值阻抗Z0上的电压变化幅度是相同的。

　　忽略负荷电压变动影响，电压变动量与各参量之间的关系式可表示为

　　在传统的高压电网分析中，一般认为供电母线电压与无穷大电源母线电压的相角差较小，电压降横分量对电压损失的影响可以忽略不计，把电压降纵分量近似看作电压损失。

　　由上式我们可以很清楚地了解到，电压波动值与负荷的无功功率变动量成正比，与公共连接点的短路容量成反比。这是计算电压波动的基本关系式，也是GB/T12326—2008中提供的电压波动测量和估算方法。它从物理意义上反映了高压电网中供电电压发生波动的根本原因。

　　2分布式电源引起的电压波动

　　2.1电压波动的形成机理

　　在110kV及以上电压等级的输电线路中，X>>R，无功功率Q对电压变动值的影响显然远远大于有功功率P对d的影响。在高压大容量输电网络中，负荷的无功功率变动可以认为是电压波动主要原因。

　　但是在分析分布式电源引起电压波动问题时，该结论不一定适用。通常情况下，分布式电源容量不大，不适合直接接入110kv及以上的输电网中，而是就近接入电压等级相对较低的配电网中。而适用配电网电压等级的电力线路，其阻抗特性与X>>R的110kV及以上电压等级的线路不同，主要呈现电阻特性，即R>>X。显然在分析配电网中分布式电源对电压波动影响时，式(4)中与R有关的项不能再任意忽略。

　　但要注意的是：在含有分布式电源的配电网中，虽然可能R>>X，但这并不意味着无功功率Q对电压波动的影响可以忽略不计。即使无功功率Q对电压波动的影响不如有功功率P的影响明显，在设计抑制电压波动的措施时，也要优先考虑减少线路上传递的无功功率Q。因为有功功率P是分布式电源理应输送给电气用户的功率，为了抑制电压波动而减少有功功率输出P并不可取。

　　2.2分布式电源功率变化对电压波动的影响

　　电网的潮流分布情况决定了电网各节点电压大小，所以当电网中的电源输出功率或者负荷吸收功率发生变化时，电网各母线节点电压也会随之变化。而分布式电源的特点之一是输出功率具有波动性，不确定性程度高，所以在有分布式电源接入的情况下，分布式电源功率变化将是电网电压波动的主要成因。图2为负荷侧接入了分布式电源的供电系统简化单线图。

　　对于图2所示的等效电路，分布式电源功率变化引起的接入点电压变化量等于系统等效阻抗上的电压变化量(实际上二者的变化趋势正好相反，为了表述方便，这里不对其正负号做特别关注)，可用下式计算：

　　式中：U为分布式电源接入点的电压，UN为该点的额定电压;Sk为DG接入点处的短路容量;ΔS为分布式电源注入功率的变化量;φ0为系统等效阻抗Z0的阻抗角;θ为分布式电源的功率因数角。

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