智能电网发展与电能质量研究

智能电网发展与电能质量研究

李正哲

（国网河北省电力公司电力科学研究院客户服务中心河北石家庄050000）

摘要：本文介绍了智能电网的概念和建设目标，阐述了电能质量面临的主要问题及分类标准。

关键词：智能电网；电能质量；分布式能源

1引言

智能电网的出现带给电能质量更多的机遇和更大的挑战。分布式电源的接入，一方面带来的是对现有能源危机的缓解，另一方面会导致大量谐波注入电网，影响电能质量。尽管智能电网的研究与建设尚处于起步阶段，但是建立智能电网已经成为各国的重要战略目标，将推动电力行业的进步。只有了解智能电网所带给电能质量的新问题，才能更好的对电网的配供电进行优化。

2智能电网

2.1研究背景

进入21世纪以来，随着科学技术的发展，通信技术的日益完善，人们越来越依靠各种大规模，自动化程度高的电力系统。而因电力系统不完善所带来的各种大规模停电事故和安全事故时有发生，如03年美加8.14大停电，06年西欧11.4大停电，09年巴西11.10大停电等，这类事故对社会造成的影响极大，促使人们开始对电网进行一系列改造，对电网效率及可靠性的技术研究成为近年电子及信息技术的热门。以欧洲“超级智能电网（SuperSmartGrid）”及美国“统一智能电网（UnifiedNationalSmartGrid）”为代表，各国开始提出对电网进行大规模智能改革，以完善电力系统，使其变得更加节能高效，应变灵活，并能够稳定运行。

2.2智能电网的含义

智能电网是一种建立在现代化技术上，对传统电力系统进行优化改造的新一代电力系统。其一般具有“自愈，安全，兼容，交互，协调，高效，优质，集成”等特性，应当满足企业用户的电力需求，保证供电质量，并且经济安全可靠，实现与用户的互动，使运行管理得到最优化。

2.3智能电网的建设目标

智能电网要实现的目标是：有效处理故障；运行稳定且有一定自我修复功能；支持各种类型电源及可再生电源的接入；与电力用户的设备进行交互；降低所需的经济成本；提供优质的电能质量；完善管理制度。而其中的重点是，安全可靠，经济节能。在安全性和可靠性上，需要监控电网的运行状态，快速，准确的发现故障并且自动处理，以确保系统的安全运行。想实现经济性，节能性，就要在能源运输上降低损耗，使电网达到最优的经济运行，根据电网负荷状况随时调整电价并让用户获知，大力发展风电、水电等可再生能源，提高火电、核电等传统能源的效率。

3电能质量

3.1电能质量面临的问题

随着电力电子技术的蓬勃发展，电能质量问题日益突出。一方面，电力系统中大型电力设备的启动，停运和跳闸导致额定电压暂降，产生电压波动和闪变。大功率非线性负荷，冲击性负荷，不对称性负荷如大型电机，高压直流输电，电气化铁路，风电机组，大型起重机，大型娱乐场所的电飞车、冶金电炉的不断增加造成大量谐波电流注入电网。这些使电力系统出现电网谐波污染，三项电压不平衡，电压波动和闪边等问题，严重影响了电能质量；另一方面，随着通信技术的推广，发展，各种复杂的电子仪器等负载对电能供应有了更高的要求。而智能电网的发展，电动汽车及汽车充电站的出现更是带来了更多电能质量问题。为满足市场需求，应当对电网和用户的电能进行监测和分析以更好的对电能质量进行调控。

3.2电能质量的含义

电能质量是在一定标准下对电力系统电能的评价，体现在两个方面：第一，是由供电公司提供的电压质量，不理想的供电电压会对用户的用电设备造成不良影响，甚至引发事故；第二，是用户的非线性，冲击性，不对称性负荷给电网带来的电流畸变。

3.3电能质量的分类与治理

国际电力电子工程师协会IEEE根据电压扰动的频谱特性、持续时间、幅值变化等将电能质量问题进行了细分，并对供电系统典型的电磁干扰现象进行了分类。如下表1所示：

电能质量污染的治理手段多种多样，保证电能质量的方式可分为两种，一是进行负荷调整，减少敏感程度（很难做到）。二是改进电网，由电力企业安装必要的设备以抵制或抵消电力扰动。目前主要采用的

是第二种方法。

利用计算机，通信技术对电能质量进行监测与分析，运用电力电子设备改善电能质量使其达到电能质量国家标准，从而让电网更加安全，可靠，高效，经济，优质地运行。

4智能电网环境下电能质量的前景

4.1智能电网与电能质量的关系

智能电网是传统电网的发展方向和目标，但它的发展必须以保障电能质量为前提。优质的电能可以提高用电设备效率，增长用电设备寿命，降低电能损耗和污染，所以智能电网的研究离不开电能质量研究。而智能电网的发展也给电能质量带来了机遇和挑战。

4.2我国智能电网发展对电能质量带来的影响

2020年中国将全面建成统一的坚强智能电网（StrongSmartGrid）。智能电网的建设，必然意味着分布式电源（DistributedGeneration，DG）的大量接入，因为分布式电源可以保障大电网的安全可靠，具有调峰功能，通过利用废气资源及可再生资源减轻环保压力并有助于解决能源危机。分布式电源是指位置在用户附近的小型发电装置，包括天然气发电，太阳能发电，风力发电，地热发电，内燃机等。

分布式电源的发展首先带来的是配电系统管理上的困难。传统配电网的潮流是从电源到用户单向流动的，其一般呈现辐射状。配电网接入分布式电源后，整个电网的网络拓扑发生了巨大的变化，成为一个多电源，网状的供电系统，造成配电网潮流的不确定性增加，配电网电压控制上造成困难，也会因此引发一系列安全问题和电能质量问题如继电保护误启动，电压闪变和电压波动等。

分布式发电中，目前的热门是风电（WindPowerGeneration）和光伏发电（Photovoltaic,PV）。风电即风力发电，风是一种可再生能源，我国是风力资源丰富的国家，拥有大量陆上风能资源和海上风能资源，在国家的大力推动下，我国风力发电产业发展迅速。但是，据电监会风电发展调研组的调查，大规模风电并网对电能质量造成了一定不利影响，如风电场输出功率具有间歇性，造成电网电压波动和闪变，大幅度波动的风速导致风电机组出力波动较大，其引起的电压偏差可能会超出系统允许的范围，风电机组的突然启动还会带来电压暂降。光伏发电安全无污染，资源丰富，其具有经济性与环保性，在全社会都有广阔的应用前景。但随着光伏并网发电设备的增加，其产生的直流电经逆变器转换为交流电并入大电网，会对电网注入谐波电流，如果治理不当会产生较严重的谐波污染。