1.1研究背景 分布式发电(Distributed generation,DG)目前是国内外电力系统领域一个前沿研究课题，其主要研究集中在分布式发电对电力系统的影响分析与研究。分布式电源的发展对传统的电力系统形成巨大的影响，引起了电力技术的显著进步。为了充分利用分散能源和提高供电可靠性，各种分布式电源将在配网系统中得到越来越广泛的应用。因此，分布式能源接入电网为用电负荷的不断增长与配电网网架相对滞后造成的配电网低电压问题的解决提供了一条新的途径[1]。 1.2研究目的 分布式能源合理的安装位置可以有效改善配电网的低电压问题，减小网损，提高系统负荷率等。反之，如果配置的不合理，将会适得其反。另外，合理的DG安装位置和优化容量必须满足较多的限制条件，同时还要考虑经济效益，故本项目主要考虑将该问题转化为优化问题进行求解[2]。研究的基本要求如下： 1.设计的基于分布式能源的配电网低电压治理方案合理可行； 2.基于Matlab设计的算法应能验证设计方案的有效性，且具有一定的通用性；治理后的电压偏差满足相关标准要求。 1.3研究意义 分布式电源（DG）的发展给电力系统注入了新的活力，同时也对配电网的电压质量产生了一系列的影响。将分布式发电（DG）与集中供电相结合，清洁、高效利用能源，是电力工业重要的技术增长点。在未来智能电网中，改进的互联标准将使不同容量、不同类型的 DG 更加便利地接入配电网。分布式发电技术的应用必将给传统配电网规划带来深远变革。本项目的目标是寻求分布式发电对配电网电压分布、网损变化影响的规律性, 使电网可靠平稳运行。重点是研究分布式发电接入位置和注入容量的改变, 对配电网网损和电压分布的影响。之后再利用 MATLAB平台进行仿真对比,合理配置分布式发电位置和容量使其更有效地改善配电网网损和维持电压稳定，生成一套行之有效的基于分布式能源的配电网低电压治理方案，为配电网低电压治理提供一条全新的道路[3][4]。 2.分布式能源 2.1分布式能源原理 根据所使用一次能源的不同，DG可分为基于化石能源的 DG 技术、基于可再生能源的 DG 技术以及混合的分布式发电技术。基于化石能源的 DG 技术主要由以下三种技术构成：往复式发电机技术、微型燃气轮机技术和燃料电池技术。基于可再生能源的 DG 技术主要由以下几种技术构成：太阳能光伏发电技术、风力发电技术；混合的分布式发电技术：热——电——冷三联产的多目标分布式供能系统[5][6]。 DG 的一个重要优点是靠近用户，并不需要高压输电系统，从而可使基础设施的投资大大减小。此外，安装小型发电机的场地不难找到，安装的工期短，也有利于投资的回收。由于输电损耗远比传统的电力系统低，因而分布式发电的运行费用低。通过 DG 和集中供电系统的配合，其优点可以总结为： (1)系统中各 DG 电站相互独立，由于用户可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高； (2)可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充； (3)可对区域的电能质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区、发展中的中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力[7]. 2.2分布式能源现状 2.2.1国外研究现状 在分布式电源的研究和开发领域，美国、日本等国家在技术上处于领先地位，下面对国外 DG 的发展现状作简单介绍： （1）美国 美国的电力系统结构非常复杂，这也反映了该国多联邦的特点。能源的低成本限制了分布式发电特别是热电联产的普及，其中热电联产发电容量仅为50.4GW，约占总发电容量的6%。工业用热电联产占总热电联产的90%，而80%的工业用电分布在造纸、化学、炼油和食品加工四大工业中。 在美国，应急用电是分布式发电的一个主要应用方面。柴油应急发电机组发 电容量超过100GW。据加州能源委员会的一份详细的调查显示，仅加州的备用机组就提供了3.2GW的电力，占该州高峰用电需求的6%以上。容量为 1kW到 10MW 的分布式电源正在成为美国未来分布式供能系统的重要单元。由于分布式电源的高可靠性、高质量、高效率以及灵活性，故可满足工业、 商业、居住和交通应用的一系列要求。 （2）日本 日本电力工业由 10 个垂直一体化的私有电力公司支撑，这些电力公司服务于所有的电力用户，其总发电容量约为 253GW，年实际发电量约为 1062TWh。日本的分布式发电通常存在以下三种形式：①单一的燃油发电形式，用作削峰；②使用内燃机和燃气轮机的燃油热电联产形式；③使用发动机、燃气轮机或蒸汽轮机的热电联产。据日本联合发电中心数据显示，日本现在约有 5486MW 的联合发电，其中4371MW 用作工业用电，1115MW 用作商业用电。从 20 世纪 80 年代开始，热电联产系统以平均每年 360MW 以上的速度在增长。 尽管分布式发电系统用户需要支付大量的备用容量费，但其仍然比采用常规发电系统费用低。总之，在日本，分布式发电在促进用电市场竞争方面已经起到很大的作用，主要表现在：增强市场自由化，允许更多的用户参与选择、产出及输出能源；促进备用容量、输配电及辅助服务合理定价的形成[8][9]。 2.2.2国内研究现状 目前国内在 DG 方面的研究相对较少，且大多集中在电源本身，如怎样构造高效率的风机，提高风机运行的稳定性，改进太阳能的利用方式，提高利用效率等（这与国内该技术的发展现状相关），在 DG 对电力系统规划、运行等方面的影响的研究大多集中在定性分析的层面上。如 DG 对电力系统运行的多方面影响，对目前已在我国应用较多的风力发电技术的相关问题的分析等。国外电网相对已经发展得比较完善，电网比较强大，承受冲击的能力较强，DG 的接入对主网运行的影响尚不够大。而我国电网，尤其是西部电网，网架结构还很弱，DG 的接入对主网的运行有很大的影响。因此，国外在 DG（特别是并网运行方面）的研究成果尚无法直接应用于我国，其分析结果与在我国电网情况下是否一致还有待比较，解决方法在我国电网情况下能否适用也需要进一步研究，这是在我国（特别是西部地区）大规模发展 DG 技术需要解决的重要问题[10]。 2.3分布式能源前景 现在全世界供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。虽然全世界 90%的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电，但是当今社会对能源与电力供应的质量与安全的可靠性要求越来越高，大电网由于自身的缺陷已经不能满足这种要求。由于大电网中任何一点的故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果，这样的事故在国外时有发生；而且这种大电网又极易受到战争或恐怖势力的破坏，严重时将危害国家的安全；另外集中式大电网还不能跟踪电力负荷的变化，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低。根据西方国家的经验：大电网系统和 DG 系统相结合是节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性的主要方法[11]。
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3.电能质量 3.1电能质量的定义 国内外对电能质量的确切定义至今尚未形成统一的共识。对电能质量的范畴、定义、供用电双方的认识，以及电能质量下降的起因等诸多问题仍存在不同的认识和理解，使用的相关名词和术语也未能达成统一。供电方关心的是电压、频率的合格率，以及供电可靠性。而用户更关心正在运行的用电设备是否可以正常运行。事实上电能质量问题终究是由电力用户的生产需求驱动的，电能质量问题的定义无疑应当从用户的角度出发。而且伴随电力市场的形成和发展，电能作为一种商品，同其他商品一样都要遵循经济规律，最终将面临买方市场，因此电能质量的优劣，电力用户的衡量标准将占主导地位。目前大多数专家认为，对现代电能质量的定义应理解为：“导致用户电力设备不能正常工作的电压、电流或频率偏差，造成用电设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题”[12]。
3.2电能质量的分类 对电能质量进行合理细致的分类，有利于系统地分析和研究电能质量现象，并对测量结果进行分选识别，也是制定相关指标标准的基础。一般来说，电力系统中各种扰动引起的电能质量问题可分稳态和暂态两大类。稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征，包括电压偏差、三相不平衡、闪变、谐波、间谐波、波形下陷及噪声等；暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，可分脉冲暂态和振荡暂态两种类型，包括供电瞬时中断、电压骤降、电压骤升以及暂态过电压等。从发生的频度以及对用电设备的危害程度来看，现代电能质量问题主要是电压骤降、谐波、电压不平衡以及闪变[13]。
IEEE 标准化协调委员会定义的电能质量的分类，包括以下几种[14]：
①长时间变动：过电压、欠电压、持续间断
②短时间变动：电压间断、电压骤降、电压骤升
③瞬变现象：冲击性瞬变、振荡瞬变
④波形畸变：直流偏置、谐波、间谐波、波形下陷、噪声
⑤三相电压不平衡
⑥电压波动和闪变
⑦频率偏差 3.3电能质量的标准 随着电能质量问题受到人们的日益关注，对电能质量标准也提出了更高要求。过去仅采用电压合格率、频率合格率、波形畸变率来衡量电能质量标准已经不适合现状。世界各国以及国际组织（如 IEEE、IEC 等）对电压偏差、谐波、不平衡制定了一系列的标准。制定电能质量标准是为了保证电力系统的电能质量，使系统工频电压波形保持在合格的范围内，满足各种用电设备的正常工作要求，以保证电力系统用户的安全、经济运行。 我国在参考了国际电工委员会 IEC61000 系列标准和电气与电子工程学会IEEE标准后，已经补充颁布了符合我国国情的电能质量系列国家标准。现在已经有六项电能质量方面的标准[15][16]，即： ①《电能质量供电电压允许偏差》（GB/T 12325-2003） ②《电能质量电压波动和闪变》（GB 12326-2000） ③《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549-1993） ④《电能质量三相电压允许不平衡度》（GB/T 15543-1995） ⑤《电能质量电力系统频率允许偏差》（GB/T 15945-1995） ⑥《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》（GB/T 18481-2001）
参考文献： [1]郑健超．电力前沿技术的现状和前景．中国电力，1999，32(10)：9~12 [2]梁才浩，段献忠．分布式发电及其对电力系统的影响．电力系统自动化，2001，25(6)：53~56 [3]王建，李兴源，邱晓燕．含有分布式发电装置的电力系统研究综述．电力系统自动化，2005，29(24)：90~97 [4]丁明，王敏．分布式发电技术．电力自动化设备，2004，24(7)：31~36 [5]梁有伟，胡志坚，陈允平．分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述．电网技术，2003，27(12)：71~75 [6]韦钢，吴伟力，胡丹云，李智华．分布式电源及其并网时对电网的影响．高电压技术，2007，33(1)：36~40 [7] 何季民.分布式电源技术展望[J]. 东方电气评论,2003,17(1)：9-14.
[9]胡成志.分布式电源接入系统研究[D]. 重庆大学硕士学位论文, 2005. [10]王志群，朱守真，周双喜，等．分布式发电对配电网电压分布的影响．电力系统自动化，2004，28(16)：56~60 [11]莫颖涛，吴为麟．分布式发电中电能质量问题的研究．农村电气化，2005，(6)：48~49 [12]肖湘宁,尹忠东,续永海.现代电能质量问题[J].电气时代, 2004,(11):48-52. [13]端家生. 发电机对电网电压的调压分析[J].南京工程报，2003,1(3):28-32. [14]王志群，朱守真，周双喜，黄仁乐．分布式发电接入位置和注入容量限制的研究[J].电力系统及其自动化学报．2005，17(1)：53~57． [15]韩民晓，代双寅.分布式电源并网中电能质量及相关标准探讨[J].中国标准化2010,12:28-32. [16]赵岩，胡学浩.分布式发电对配电网电压暂降的影响[J].电网技术，2008,7,5-9,32(14):18. |
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