分散式電源電能質量綜合評估

分散式電源電能質量綜合評估是對分散式電源一種評估技術。分散式發電的發展和電力用戶對電能質量的要求越來越嚴格，對電能質量進行綜合評估和治理越來越重要。現有的電能質量綜合評估方法並小能很好地適用於分散式電源。為做好分散式電源併網可行性分析，加強對電能質量治理工作的引導，需要提出一種適用於分散式電源的電能質量綜合評估新方法。據包絡分析方法適用於綜合評估配電網的電能質量指標，在工程上具有顯著的可行性。

基本介紹

• 中文名：分散式電源電能質量綜合評估
• 外文名：Distributed power quality comprehensive assessment
• 類型：配電網評估
• 指標：輸入指標和輸出指標
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

分散式電源(distributed generation DG)併網後會對電能質量產生潛在的影響，可能會引起頻率偏差、電壓波動、電壓閃變、電壓不平衡、諧波畸變和直流注入等問題。例如光伏發電系統通過電力電子裝置併網會產生諧波、三相電流不平衡，輸出功率的隨機性易造成電網電壓波動、閃變。準確全面地對電能質量進行綜合評估對實現分散式電源按電能質量分質定價上網具有重要意義。傳統的電能質量綜合評估方法]對電能質量綜合評估的目標是對電能質量進行優劣排序分析，缺乏對綜合評估意義的討論和電能質量治理的可引導性。例如採用什麼治理措施、選用多大容量的電能質量治理裝置等等均缺乏充分評價和引導。針對分散式電源電能質量綜合評估的特點提出了不同的方法。利用突變決策方法綜合評估分散式電源的電能質量，該方法雖然避免了對電能指標賦權，但是與傳統電力系統電能質量綜合評估並無不同，僅僅只是套用場景不同。採用雙基準法可以克服單一標準的缺點，評估結果未體現分散式電源電能質量綜合評估的特點。將CO2排放強化量納入評估指標，突出了分散式電源電能質量評估的特點，然而僅僅提高清潔能源的等級不能引導解決電能質量問題。 由於受到目前採用的綜合評估方法的限制，電能質量綜合評估工作對解決電能質量問題的引導作用不大，並忽略了評估對象本身的情況。電能質量綜合評估脫離電能質量治理裝置和分散式電源類型、接入電壓等級及容量等情況，分析結構具有一定的局限性。例如根據國家標準，不同電壓等級配電網的總電流畸變的限值是不同的，0.4, 10, 35和110 kV的總電流畸變限值分別為5%, 4%, 3%和2%。傳統的電能質量綜合評估方法忽略了接入電壓等級因素，將會得出總電流畸變值4%的10 kV評估點比畸變值3%的35 kV評估點電能質量更差的不合理結論。

DG電能質量綜合評估的意義

電力系統電能質量的控制，遵循“誰污染、誰治理”的原則。如何確定污染源，並提出相應的治理措施，是電能質量控制工作的重點。為此，當有新的設備接入電力系統時，事前應按照相關國家標準對新設備接入的電能質量進行分析，並提交相關的可研報告，此外，新設備投運後，還要做事後的電能質量監測工作，以驗證可研報告的正確性。分散式電源屬於電力系統新設備接入的內容之一，其接入也需要進行電能質量分析，如不達標則需配套相應的治理措施。因此，分散式電源電能質量管理工作有事前分析和事後監測兩部分的內容。

在對分散式電源接入電網前進行可研分析時，應既關注電能質量表現又應該關注分散式電源本身和治理方面的因素。數據包絡分析(dataenvelopment analysis DEA)的基本功能是評價，尤其是進行多個同類樣本間的“相對優劣性”的評估。本文把數據包絡分析理論套用於電能質量綜合評估中，不僅可以避免主觀影響，對優劣進行排序，還能指引分散式電源供電方在分散式電源接入電網前分析電能質量問題。

基本原理

數據包絡分析是著名運籌學家A. Charnes和W. W. Copper等學者在1978年以“相對效率評價”為基礎，根據多指標投入和多指標產出對相同類型的單位進行相對有效性或效益評價的一種分析方法。 DEA方法通過保持決策單元(decisionmaking unit DMU)的輸入和輸出不變，利用數學規劃將DMU投影到DEA前沿面上，通過比較決策單元偏離DEA前言面的程度來評價它們的相對有效性。DEA模型分為CCR模型和BCC模型。CCR模型假設DMU處於固定規模報酬情形下，用來衡量總效率。固定規模報酬是所有DMU一起比較的效率評估。BCC模型假設DMU處於變動規模報酬情形下，用來衡量純技術和規模效率。變動規模報酬與條件相當的受評單位比較。

作為處理多目標決策問題的方法，DEA的優點主要體現在以下3點:

1)無須假設任何權重，每一個輸入輸出的權重由決策單元的實際數據求得最優權重，可以避免評主觀因素。

2)以決策單位各輸入輸出的權重為變數，從最有利於決策單元的角度進行評估，避免了各指標在優先意義上的權重。

3)假定每個輸入都關聯到一個或多個輸出，輸入輸出之間存在的某種關係，DEA方法不必確定這種關係的顯示表達式。

超效率模型

超級效率模型(supper efficiency)可以用來解決DEA模型中樣本效率值B為1無法比較排序的問題。求解的樣本效率值B不會限制在0-1範圍內，可以超過1。超級效率模型依據原來的模型，將所要評估的特定DMU從限制式中移除。如圖1所示，以決策單元DMU}為例說明超效率模型思路，C點位於有效生產前沿面上，DEA的CCR模型下DMU的效率值B值為1.

電能質量綜合評估體系

我國現有的7項電能質量標準分別對電壓偏差、電壓三相不平衡、頻率偏差、電壓波動與閃變、諧波、間諧波、暫時過電壓和瞬態過電壓的指標值進行限定。電能質量綜合治理裝置能夠同時降低諧波、減小三相不平衡度、提高功率因數、穩定電壓、減小電壓波動與閃變[’”]。採用靜止無功補償器(static var compensatory SVC)、無功功率發生器(static var generator SVG)、靜止同步補償器(staticsynchronous compensatory STATCOM)等電能質量治理裝置可快速補償無功功率，維持分散式電源接入點電壓的穩定。不同電壓等級可接入的分散式電源的容量限制不同，不同電壓等級對電能質量的要求不同。儲能裝置與分散式電源的結合是解決諸如涌流、電壓暫降和瞬時供電中斷等動態電能質量問題的有效手段之一。本文提出的分散式電源電能質量綜合評估體系包含DG投運前電能質量分析、DG投運後電能質量監測兩個部分，如圖2所示。

分散式電源投運前的分析從輸入和輸出兩個方面進行電能質量分析。分散式電源投運後主要進行電能質量監測工作，可以採用傳統方法進行電能質量綜合評估。因此，分散式電源接入電網的電能質量分析需要考慮分散式發電的容量和接入電壓等級、儲能裝置容量和電能質量裝置等內容，如圖3所示。

根據分散式電源接入電網的電作的實際需要和關注的各單項指標，能質量分析工該模型可加以擴展或簡化，以滿足不同的套用場合。

關於我國的電能質量綜合評估體系

由於目前受到綜合評估方法的制約與限制，電能質量綜合評估工作對解決電能質量方面的問題並小能夠起到相應的作用，並且嚴重忽視了評估對象的實際情況。電能質量綜合評估沒有根據質量裝置和電源類型等進行分析。

電力系統電能質量的控制應該遵循“找出污染源並及時進行治理”的基本原則。確定了污染源之後，必須要提出相應的治理措施，並將其視作電能質量控制工作的重要工作內容。因此，在新設備投入運行之後，應該對電能的質量進行監測，並制訂一個可研性的報告。

我國現在的多項電能質量標準也是針對多種情況制定的。小同的電壓等級可以接入的分散式電源的容量是小同的，小同的電壓等級對電能質量所提出的要求也是小相同的，儲存裝置與分散式電源的良好結合是解決多種電能質量問題的有效方法。在此提出的分散式電源電能質量綜合評估體系主要包括兩個部分，分別是運行之前與運行之後的電能質量分析、監測。

評估總結

當分散式電源接入到電網之前，可以利用DEA方法進行評估，並選擇一個比較合理、科學的評估指標體系進行評價。在小同的指標體系當中，DEA的評價結果是一致的。在利用DEA方法進行電能質量分析時，主要是選擇一個有價值的指標，引導分散式電源併網以及治理工作的開展。分散式電源接入網之前，需要進行一個初步的電能質量分析，這樣做可以有效避免在併網之後出現關於電能質量方面的問題。還可以採用輸入指標、輸出指標的模型進行工作，這樣做可以有效避免出現電能質量問題，從而降低分散式電源與治理裝置本身的成本。

傳統的綜合評估方法只能夠對質量進行排序，沒有涉及到電能質量治理方面的內容。本文主要是對傳統的評估方法進行分析與總結，並在該基礎上構建出一個電能質量綜合評估的體系模型。基於分析方法之上，可以極大地減少決策的主觀性。小直接對數據進行分析與綜合，這樣才會具有較大的包容性。

分散式電源接入之後需要對其質量進行評估，最終目的是為了檢驗電能質量約束的有效性。如果電能質量的指標超過了固定的標準值，就應該對分散式電源的電網進行控制，從而保證電能質量各項指標控制在可以接受的範圍之內。

傳統的電能質量指標也可以用於評估電網的電能質量水平中。在最近幾年的時問里，一些新的指標可以充分反映出電能質量的變化，也可以用於分散式電網系統的電能質量評估中。

伴隨著我國經濟的發展與進步，我國的人民生活質量在小斷地提高，我國的用電量也在小斷上升，用電負荷進一步增大。採用傳統的電力系統，通過進一步擴大電網出現了很多問題，比如經常停電、無法靈活變化等問題。在能源和環境問題日益嚴峻的今天，我國大力提倡節能、環保的發電模式，這也是時代發展的必然。智慧型電網作為一種可靠、高效的新型電網，受到了人們越來越多的關注與重視。分散式發電屬於一種新型發電技術，是智慧型電網中的一個組成部分。如今，分散式發電已經受到了我國相關工作者的高度重視與關注，在電力系統中屬於一個新的研究方向。

展望

分散式電源對整個配電網的電能質量會產生一定的影響，應該加強對分散式電源的分析與研究，在此針對分散式電源電能質量綜合評估方法進行了分析與研究，可以幫助相關的工作者更好地構建一個分散式的電源模型，並提出比較合理的指標。希望對今後關於分散式電源電能質量綜合評估方法的分析與研究提供一些理論依據。

1)分散式電源接入電網前，採用DEA方法評估分散式電源電能質量重在選擇一個合理評價指標體系，在不同的指標體系中DEA評價結果是不同的。因此電能質量分析中套用DEA方法評估的關鍵在於選擇更加合理的有價值的指標，以指引分散式電源併網和電能質量治理工作。分散式電源接入前的電能質量分析，可以避免DG併網後產生嚴重的電能質量問題。採用輸入指標和輸出指標的模型可以避免一味追求電能質量，而忽略了分散式電源和治理裝置本身的成本。

2)傳統綜合評估算法僅對電能質量排序和分檔，忽略了電能質量治理方面的內容。本文對傳統評估方法進行了改進，採用數據包絡分析方法構建了一種適合於分散式電源電能質量綜合評估的體系模型。基於數據包絡分析方法不需要將多維的電能質量指標向一維加權歸併，減少了決策的主觀性。不直接對指標數據進行綜合，對輸入輸出指標具有較大的包容性。超級效率模型的套用使得在分散式電源接入的電能質量分析工作中，可以對綜合評估結果進行合理排序。