[科普中国]-分布式电源电能质量综合评估

简介

分布式电源(distributed generation DG)并网后会对电能质量产生潜在的影响，可能会引起频率偏差、电压波动、电压闪变、电压不平衡、谐波畸变和直流注入2等问题。例如光伏发电系统通过电力电子装置并网会产生谐波、三相电流不平衡，输出功率的随机性易造成电网电压波动、闪变。准确全面地对电能质量进行综合评估对实现分布式电源按电能质量分质定价上网具有重要意义。传统的电能质量综合评估方法]对电能质量综合评估的目标是对电能质量进行优劣排序分析，缺乏对综合评估意义的讨论和电能质量治理的可引导性。例如采用什么治理措施、选用多大容量的电能质量治理装置等等均缺乏充分评价和引导。针对分布式电源电能质量综合评估的特点提出了不同的方法。利用突变决策方法综合评估分布式电源的电能质量，该方法虽然避免了对电能指标赋权，但是与传统电力系统电能质量综合评估并无不同，仅仅只是应用场景不同。采用双基准法可以克服单一标准的缺点，评估结果未体现分布式电源电能质量综合评估的特点。将CO2排放强化量纳入评估指标，突出了分布式电源电能质量评估的特点，然而仅仅提高清洁能源的等级不能引导解决电能质量问题。 由于受到目前采用的综合评估方法的限制，电能质量综合评估工作对解决电能质量问题的引导作用不大，并忽略了评估对象本身的情况。电能质量综合评估脱离电能质量治理装置和分布式电源类型、接入电压等级及容量等情况，分析结构具有一定的局限性。例如根据国家标准，不同电压等级配电网的总电流畸变的限值是不同的，0.4, 10, 35和110 kV的总电流畸变限值分别为5%, 4%, 3%和2%。传统的电能质量综合评估方法忽略了接入电压等级因素，将会得出总电流畸变值4%的10 kV评估点比畸变值3%的35 kV评估点电能质量更差的不合理结论。

DG电能质量综合评估的意义电力系统电能质量的控制，遵循“谁污染、谁治理”的原则。如何确定污染源，并提出相应的治理措施，是电能质量控制工作的重点。为此，当有新的设备接入电力系统时，事前应按照相关国家标准对新设备接入的电能质量进行分析，并提交相关的可研报告，此外，新设备投运后，还要做事后的电能质量监测工作，以验证可研报告的正确性。分布式电源属于电力系统新设备接入的内容之一，其接入也需要进行电能质量分析，如不达标则需配套相应的治理措施。因此，分布式电源电能质量管理工作有事前分析和事后监测两部分的内容。

在对分布式电源接入电网前进行可研分析时，应既关注电能质量表现又应该关注分布式电源本身和治理方面的因素。数据包络分析(dataenvelopment analysis DEA)的基本功能是评价，尤其是进行多个同类样本间的“相对优劣性”的评估。本文把数据包络分析理论应用于电能质量综合评估中，不仅可以避免主观影响，对优劣进行排序，还能指引分布式电源供电方在分布式电源接入电网前分析电能质量问题。

基本原理数据包络分析是著名运筹学家A. Charnes和W. W. Copper等学者在1978年以“相对效率评价”为基础，根据多指标投入和多指标产出对相同类型的单位进行相对有效性或效益评价的一种分析方法。 DEA方法通过保持决策单元(decisionmaking unit DMU)的输入和输出不变，利用数学规划将DMU投影到DEA前沿面上，通过比较决策单元偏离DEA前言面的程度来评价它们的相对有效性。DEA模型分为CCR模型和BCC模型。CCR模型假设DMU处于固定规模报酬情形下，用来衡量总效率。固定规模报酬是所有DMU一起比较的效率评估。BCC模型假设DMU处于变动规模报酬情形下，用来衡量纯技术和规模效率。变动规模报酬与条件相当的受评单位比较3。

作为处理多目标决策问题的方法，DEA的优点主要体现在以下3点:

1)无须假设任何权重，每一个输入输出的权重由决策单元的实际数据求得最优权重，可以避免评主观因素。

2)以决策单位各输入输出的权重为变量，从最有利于决策单元的角度进行评估，避免了各指标在优先意义上的权重。

3)假定每个输入都关联到一个或多个输出，输入输出之间存在的某种关系，DEA方法不必确定这种关系的显示表达式。

超效率模型超级效率模型(supper efficiency)可以用来解决DEA模型中样本效率值B为1无法比较排序的问题。求解的样本效率值B不会限制在0-1范围内，可以超过1。超级效率模型依据原来的模型，将所要评估的特定DMU从限制式中移除。如图1所示，以决策单元DMU}为例说明超效率模型思路，C点位于有效生产前沿面上，DEA的CCR模型下DMU的效率值B值为1.

电能质量综合评估体系我国现有的7项电能质量标准分别对电压偏差、电压三相不平衡、频率偏差、电压波动与闪变、谐波、间谐波、暂时过电压和瞬态过电压的指标值进行限定。电能质量综合治理装置能够同时降低谐波、减小三相不平衡度、提高功率因数、稳定电压、减小电压波动与闪变[’”]。采用静止无功补偿器(static var compensatory SVC)、无功功率发生器(static var generator SVG)、静止同步补偿器(staticsynchronous compensatory STATCOM)等电能质量治理装置可快速补偿无功功率，维持分布式电源接入点电压的稳定。不同电压等级可接入的分布式电源的容量限制不同，不同电压等级对电能质量的要求不同。储能装置与分布式电源的结合是解决诸如涌流、电压暂降和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效手段之一。本文提出的分布式电源电能质量综合评估体系包含DG投运前电能质量分析、DG投运后电能质量监测两个部分，如图2所示2。

分布式电源投运前的分析从输入和输出两个方面进行电能质量分析。分布式电源投运后主要进行电能质量监测工作，可以采用传统方法进行电能质量综合评估。因此，分布式电源接入电网的电能质量分析需要考虑分布式发电的容量和接入电压等级、储能装置容量和电能质量装置等内容，如图3所示。

根据分布式电源接入电网的电作的实际需要和关注的各单项指标，能质量分析工该模型可加以扩展或简化，以满足不同的应用场合。

关于我国的电能质量综合评估体系由于目前受到综合评估方法的制约与限制，电能质量综合评估工作对解决电能质量方面的问题并小能够起到相应的作用，并且严重忽视了评估对象的实际情况。电能质量综合评估没有根据质量装置和电源类型等进行分析。

电力系统电能质量的控制应该遵循“找出污染源并及时进行治理”的基本原则。确定了污染源之后，必须要提出相应的治理措施，并将其视作电能质量控制工作的重要工作内容。因此，在新设备投入运行之后，应该对电能的质量进行监测，并制订一个可研性的报告。

我国现在的多项电能质量标准也是针对多种情况制定的。小同的电压等级可以接入的分布式电源的容量是小同的，小同的电压等级对电能质量所提出的要求也是小相同的，储存装置与分布式电源的良好结合是解决多种电能质量问题的有效方法。在此提出的分布式电源电能质量综合评估体系主要包括两个部分，分别是运行之前与运行之后的电能质量分析、监测2。

评估总结当分布式电源接入到电网之前，可以利用DEA方法进行评估，并选择一个比较合理、科学的评估指标体系进行评价。在小同的指标体系当中，DEA的评价结果是一致的。在利用DEA方法进行电能质量分析时，主要是选择一个有价值的指标，引导分布式电源并网以及治理工作的开展。分布式电源接入网之前，需要进行一个初步的电能质量分析，这样做可以有效避免在并网之后出现关于电能质量方面的问题。还可以采用输入指标、输出指标的模型进行工作，这样做可以有效避免出现电能质量问题，从而降低分布式电源与治理装置本身的成本。

传统的综合评估方法只能够对质量进行排序，没有涉及到电能质量治理方面的内容。本文主要是对传统的评估方法进行分析与总结，并在该基础上构建出一个电能质量综合评估的体系模型。基于分析方法之上，可以极大地减少决策的主观性。小直接对数据进行分析与综合，这样才会具有较大的包容性。

分布式电源接入之后需要对其质量进行评估，最终目的是为了检验电能质量约束的有效性。如果电能质量的指标超过了固定的标准值，就应该对分布式电源的电网进行控制，从而保证电能质量各项指标控制在可以接受的范围之内。

传统的电能质量指标也可以用于评估电网的电能质量水平中。在最近几年的时问里，一些新的指标可以充分反映出电能质量的变化，也可以用于分布式电网系统的电能质量评估中。

伴随着我国经济的发展与进步，我国的人民生活质量在小断地提高，我国的用电量也在小断上升，用电负荷进一步增大。采用传统的电力系统，通过进一步扩大电网出现了很多问题，比如经常停电、无法灵活变化等问题。在能源和环境问题日益严峻的今天，我国大力提倡节能、环保的发电模式，这也是时代发展的必然。智能电网作为一种可靠、高效的新型电网，受到了人们越来越多的关注与重视。分布式发电属于一种新型发电技术，是智能电网中的一个组成部分。如今，分布式发电已经受到了我国相关工作者的高度重视与关注，在电力系统中属于一个新的研究方向2。

展望分布式电源对整个配电网的电能质量会产生一定的影响，应该加强对分布式电源的分析与研究，在此针对分布式电源电能质量综合评估方法进行了分析与研究，可以帮助相关的工作者更好地构建一个分布式的电源模型，并提出比较合理的指标。希望对今后关于分布式电源电能质量综合评估方法的分析与研究提供一些理论依据2。

1)分布式电源接入电网前，采用DEA方法评估分布式电源电能质量重在选择一个合理评价指标体系，在不同的指标体系中DEA评价结果是不同的。因此电能质量分析中应用DEA方法评估的关键在于选择更加合理的有价值的指标，以指引分布式电源并网和电能质量治理工作。分布式电源接入前的电能质量分析，可以避免DG并网后产生严重的电能质量问题。采用输入指标和输出指标的模型可以避免一味追求电能质量，而忽略了分布式电源和治理装置本身的成本。

2)传统综合评估算法仅对电能质量排序和分档，忽略了电能质量治理方面的内容。本文对传统评估方法进行了改进，采用数据包络分析方法构建了一种适合于分布式电源电能质量综合评估的体系模型。基于数据包络分析方法不需要将多维的电能质量指标向一维加权归并，减少了决策的主观性。不直接对指标数据进行综合，对输入输出指标具有较大的包容性。超级效率模型的应用使得在分布式电源接入的电能质量分析工作中，可以对综合评估结果进行合理排序。