微电网接入对配电网电能质量的影响研究

摘要:随着新能源的大力发展，可再生能源发电技术受到人们的关注，但风、光等分布式发电技术具有一定的波动性和不确定性，导致其发电规律难以控制，给大电网的安全运行带来了极大的隐患，并网后大电网电能质量也就成为了重点问题。本文介绍了微电网的典型结构，归纳了微电网接入对配电网电能质量的影响研究现状，利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了配电网、微电网仿真平台，对风光储组成的微电网与配电网进行并网模拟，进一步研究了微电网接入配电网对配电网电能质量的影响，所得结论为微电网接入配电网研究提供一定参考。

关键词：配电网；电能质量；微电网；MATLAB

A Study on the Impact of Micro-grid Access on PowerQuality of Distribution Grid

Abstract: With the vigorous development of new energy, the technology for generating electricity from renewable energy sources gradually receives attention. However, due to the strong volatility and uncertainty of wind, light and other factors, it is difficult to master the pattern of power generation, which brings great hidden danger to the grid connection, and the power quality after grid connection has become a key issue. This paper introduces the typical structure of micro-grid, simulatingthe current situation of research on the impact of micro-grid access on power quality of distribution grid, uses MATLAB/Simulink to build a simulation of distribution grid and micro-grid for simulating distribution grid and micro-grid composed of wind and solar energy storage,further studies the impact of micro-grid access to the distribution grid on power quality. The conclusions provide some reference for the study of micro-grid access to distribution grid.

Keywords: distribution grid; power quality; micro-grid; MATLAB

（来源：北极星输配电网 作者：罗文新疆风能有限责任公司）

1绪论

在电力系统中，配电网关注的方面有很多，如负荷预测、继电保护、故障定位等，其中电能质量是电力生产中从发电到售电两个环节上的重要参数。良好的电能质量对用电设备具有一定的友好性，劣质的电能质量在电力生产中的发电、输电环节会产生效率低下的影响。所以，电能质量在电力系统中是一项关键参数，也成为了电力企业在运用微电网接入配电网时重点考虑的内容。

1.1选题背景及意义

随着社会的发展，非常规能源的使用比率骤增。我国是人口大国，对能源的需求量远远大于其他的国家，新能源发电也被称为非常规能源，其中包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等。新能源有着清洁无污染的好处，但是也有自己的弊端，目前的技术相对火力发电的技术是不成熟的，风力发电、太阳能发电有间歇性、随机性的特点，使得所产生的电能接入电网的覆盖面在一定程度上受限，非常规能源的利用率增加，如果探索一些新方式来改变这类情况，那么可再生能源产业的道路将会是非常平坦的。微电网的概念是在21世纪提出来的，当微电网被接入配电网后，不但可以弥补一般传统供电系统的不足之处，而且能提高供电系统的可靠性。从环境方面考虑，微电网的接入还能减少由传统供电方式所带来的环境损害，为传统供电厂减轻负担。微电网的应用是有许多积极影响的，例如，在大电网出现故障不能正常工作时，微电网可以单独运行，提高供电的可靠性。除此之外，从经济方面考虑，微电网可以降低新建和扩建输电线路和发电机组的投资成本。微电网一般都包括分布式电源、负荷、储能装置、控制装置等几个部分组成，并能实现孤岛（直接连接用户）、并网（连接大电网）两种运行模式，还可以在这两种模式中平滑切换^[1]。微电网对配电网的影响是多元的，所以微电网对配电网的影响会更大。在此背景下，本次设计以配电网的电能质量作为切入点，研究微电网接入配电网前后的电能质量。

1.2微电网

1.2.1微电网的定义

微电网的概念最早是被美国学者提出来的，是为了更好的研究如何提高供电系统的供电可靠性。1999年，美国可靠性技术解决方案协会（American Association for reliability teclmology solutions）首次对微电网的结构、控制和经济进行了研究,并于2002年正式提出了一个相对完整的微电网概念，该概念在微电网概念上相对权威^[2]。

微电网是由多个分布式电源、储能装置及负荷组成微型电力系统，可以并网运行也可以在大电网故障时独立网孤岛运行^[3]。通常，微电网可以包括生物质能源、风能、储能光伏、燃料电池、微型燃气轮机以及各类电子元件等。如图1-1所示。

1.2.2微电网的典型结构及其优缺点

风光储微电网由光伏电池、风力发电机、储能系统、负载以及其他换流设备组成^[4]，如图1-2所示。

微电网把蓄电池储能和其他的分布式电源结合起来，能够将其连接到大型电网。微电网能够实现分布式能源的便捷高效，并且能够让数量体积大、形式冗杂的分布式电源并网。从而实现由多能源形式的供给，也是传统电网走向智能电网的途径。

传统的电网存在环境治理问题、资源不可再生的弊端，然而微电网的出现，能够弥补这些弊端。而且微电网的能够和配电网联合运行也能够孤立运行，确保电网的可靠性。微电网可以直接将电能输送到用户，避免了损耗，从而节约了发电成本。

电网的可靠性是很重要的，由分布式能源组成的微网能提高电能质量，将供电任务分散到微源，能够更好的满足供应关系，减小大规模的发电中断影响。虽然微电网的优势很明显，但是微电网的经济成本和技术支撑是要重点考虑的。虽然能够享受政府的鼓励补贴，但是微电源的成本是非常高昂的；而且技术标准欠缺；微电网的应用目前还尚未成熟，缺少可行的运行和保护问题的标准^[5]。

1.2.3微电网的国内外现状及发展

最近几年，以美国为首的几个发达国家对微电网应用进行了广泛研究，主要包括控制策略和电网安全保护的研究。美国一直以来都非常重视微电网技术的发展与示范工程建设，是开展微电网技术研究最早的国家之一，从2005年开始，应用实验室技术指导现场示范运行。美国能源部（DOE）发表“Grid2030”报告，提出美国电力系统下一个百年愿景^[6]。未来可实现满足多种电能质量需求、供电可靠性高且智能的微电网^[7]。

我国的微电网研究晚于其他国家，处于起始阶段，也建设了相关的实验基地，相关的单位正在投入研究，从“十二五”就制定相关的发展计划，在“十四五”期间又再次将新能源的比重上调。未来，微电网将成为电力行业不可或缺的一部分。

1.3含微电网的配网电能质量研究现状

在新能源发电并网的过程中，由于多数能源的波动性较强，输出功率稳定性差，同时，由于多数新能源及其接入过程需要电力电子装置来整流逆变等，也在一程度上产生附加谐波，这些都会引起新能源并网的电能质量问题^[8]，保证电网电能质量成为至关重要的问题。当由分布式电源组成的微电网接入配电网后，会对原本平稳的电网带来一定程度的波动，对于含微电网的配电网电能质量的研究需要重点探索。

微电网很容易引起电网电压、电流波形的畸变，同时会对配电网带来谐波的干扰，这就对电能质量带来了影响，产生这样的变化主要是因为微电网中含有大量的电力电子元器件，通过阅读相关的文献，主要影响有以下几个方面：

（1） 产生电压闪变：分布式电源就是风电、光伏电等能源，受到天气因素的影响非常大，这些不确定的因素就是造成配电网电压闪变到的原因。

（2） 产生谐波：分布式电源产生谐波的情况很多，主要原因还是因为微电网本身就是一个产生谐波的源头，并且微电网接到配电网的三相电是需要经过逆变后再接入到配电网，这就很容易产生谐波，谐波对电力系统中电能质量影响很明显。

（3） 影响稳态电压：微电网的组成基本单元就是光伏发电、风力发电，发电的多少受到外界自然条件的限制，处于一个不稳定的状态下，甚至会出现多次的启动停止，这种状态会对稳定的电网产生冲击。

（4） 影响系统电压波动：电网的电压分布情况由电网的潮流决定，一旦电网中电源注入的功率或负荷消耗的功率发生变化，将引起电网各母线节点的电压发生变化^[8]。

文献［9］从新能源发电的分类、特点以及并网情况分析，对其并网方式与并网时对电网造成的影响进行论述，并且提供了优化的配置方案。

文献［10］研究了风电场并网的运行过程，对影响电能质量的原因进行了探讨，分析了成因，提出了有效的解决措施。

文献［23］重点关注谐波治理，提出了消除谐波的策略，但是只对5次和7次谐波进行治理，其他谐波治理不能够完全实现。

文献［11］对电能质量的影响做了详细阐述，提出安装电能质量调节装置和安装超级电容器的储能装置来提升电能质量的策略。

1.4课题简介及实现方案

此次课题研究微电网接入对配电网电能质量的影响，通过MATLAB/Simulink仿真平台研究微电网接入配电网前后母线各参数的变化趋势，归纳其对配电网的电能质量的影响。该研究以配电网的电能质量为评价指标，通过仿真平台搭建的微电网和配电网为载体进行研究。微电网接入配电网电能质量的研究主要包括以下几个方面：

（1） 利用MATLAB仿真平台构建光伏发电系统、风力发电系统、储能系统的微电网模型。

（2） 利用MATLAB仿真平台构建配电网模型。

（3） 研究在未接入微电网时，原配电网电能质量情况，以及在故障时电能质量的变化和波动范围。

（4） 在接入微电网时，监测构成的配电网系统电能质量的情况，以及在故障时电能质量的变化和波动范围。

（5） 通过对比分析获得相关结论。

2微电网的建模

微电网包括的分布式电源涉及很多部分，本文研究微电网中主要包括三个部分，分别是风力发电、光伏发电以及储能电池。

2.1光伏发电系统

光伏发电系统的基本组成单元就是光伏电池，光伏电池的输出电流电压值都是比较小的，从而导致所输出的有功功率也比较小。为实现光伏系统的大功率输出，需要将多个光伏电池单元经过一系列的串并联构成光伏阵列，从而增大光伏阵列输出的电压和电流值^[12]。

2.1.1光伏电池发电原理

光伏电池的主要原材料是硅，硅外层有4个电子，当硅不含杂质的时候，外层电子就会和周围电子形成4对共价键，也就没有了自有电子。磷的外层有5个电子，当硅中含有磷时，每个磷原子周围就会多出一个自由电子，这样的半导体称之为N型半导体。硼外层有3个电子，当硅中掺杂硼时，每个硼原子周围就会形成一个空穴，这样的半导体称为P型半导体。

如图2-1所示，当P电极与N电极结合时，N电极中的自由电子会扩散到P电极中，因此在中间的耗尽层中，N电极失去电子带正电，P电极得到电子带负电，形成了一个内建电场。

当太阳光照射光伏电池时，光子激发产生电子。在电场力作用下，电子移动到N区，形成电势差，因此接通外电路后，电子会从外电路回到P区，形成电流，这就是光伏电池的发电原理。

一般太阳能光伏发电的工作方式主要有两种方式，一种是并网方式，另一种则是离网方式，图2-2即为光伏发电的两种工作模式。

2.1.2光伏电池的数学模型

在正常情况下，光伏电池由电流源和一个二极管并联构成，内部损耗可通过串并联电阻模拟，可画等效电路图如图2-3所示。

2.1.3光伏电池仿真模型

以数学公式(2-1)-(2-8)为依据，用MATLAB/Simulink搭建如图2-4所示的模型。

其中，PV-module为封装的光伏电池模块,如图2-5所示。

仿真参数如表2-1所示。

图2-6为光伏电池的P-U曲线。最大输出功率值用P_max表示，其大小为367W对应的坐标(103.08,3.56)称为最大功率点，其中U_max=103.08V，称为最大功率输出点对应的电压值，I_max=3.56A称为最大功率输出点对应的电流值。为使光伏电池能够持续输出最大值，在光伏投入使用时，尽量保证光伏电池输出稳定在最大功率点。

综合分析图2-6、图2-7仿真结果可知：光伏电池不是线性特点的电流源。当输出电压小于最大功率点对应的电压时，输出的电流也随着电压的增加保持稳定；当输出的电压大于最大功率点对应的电压时，输出的电流随电压的增加而减小。

根据上述仿真模型，在光照强度不同，温度为298K(25°C)时，光伏电池输出的I-U特性曲线如图2-8，P-U特性曲线图如图2-9。

由图2-8及图2-9可知：当温度恒为298K(25°C)时，光照强度从1000W/m²降低到600W/m²，随着光照强度的降低，光伏电池对应的短路电流将逐渐减小，从3.78A降低到2.28A，最大功率值P_max也逐渐降低，从379.1W降低到220.5W，然而开路电压变化却很小。

根据上述仿真模型，在光伏电池温度变化，光照强度为定值1000W/m²时，光伏电池输出的I-U特性曲线见图2-10，P-U特性曲线见图2-11。

从图2-10和图2-11，当光照强度保持1000W/m²不变时，温度从25°C降低到5°C时，当温度逐渐减小时，开路电压值也不断减小，而短路电流变化不显著,维持在3.77A左右，而最大功率值P_max从379.1W降低到354.9W。

2.2风力发电系统

风能是一种清洁能源，风力发电不污染环境，这是比火力发电突出的优势，并且风力发电的建设周期也很短，比如，一个10兆瓦级的风电场建设期不到一年就可以竣工，而火力发电的建设周期却不止一年。其次，风电场还有装机灵活的优点，所以在微电网构成中，风电是不可缺席的。

当实际风速小于切入风速时，风力发电机组未启动，输出功率为0；若实际风速处于切入风速与额定风速之间时，风电机组开始发电，其输出功率取决于风速的大小；当实际风速大于切出风速时，为了防止发生故障，机组会停机，输出功率为0，由此可知风速的大小决定着风力发电机的实际输出功率^[13]。

2.2.1永磁直驱风力发电机的原理和特性

风力发电就是将风能转换为电能，转换装置有两种，分别是双馈风力发电机和永磁直驱风力发电机，图2.12所示为永磁直驱风力发电机，没有齿轮箱，结构简单，传动效率也更加高，其工作过程为：风力机将风能转换为动能，直接驱动永磁发电机产生高频交流电，因高频交流不能直接并网，必须经过全功率变流+器及LC滤波电路，得到频率、幅值稳定的交流电后再并入电网^[14]。

2.2.2永磁直驱风力发电机的数学模型

2.2.2.1风机捕获功率

风速决定着风力发电机的输出功率，风是时刻不规则变化着的，所以造成风机的输出功率不稳定。风机在风力发电系统中扮演着重要的角色，承担着获得风能并将风能转换为电能的能量转换设备的作用，根据空气动力学相关知识可得风机的输出功率如式(2-9):

不同桨距角下风能利用系数Cp与叶尖速比λ的关系图如图2-13所示：

从图2-13中可以看出，当桨距角θ一定的情况下，Cp的值随λ不断变化，且均存在一个对应的最佳值使λ_opt使Cp取得最大值C_pmax。由此可见，在任何风速下，只要使得风力机的叶尖速比λ=λ_opt，便可使风力机维持在C_pmax状态下工作，使风力机捕获得的机械功率持续最大^[13]。根据式子（2-13）和图2-13可以得到，一个桨距角就相对应一个λ_opt的值，且能够得到最大值C_pmax，而且当θ越小，C_pmax越大。

风机的控制通过PLC来实现。当风速传感器测量的风速小于设定的切入风速时，风速过小并没有达到工作所需的风速，所以桨距角保持90°不改变，风机不工作，等待至风速大于切入风速时开始工作^[16]。当风速达到大于切入风速低于额定风速时，风机工作，桨距角为0°，当风速大于额定风速，由于额定功率的限制，控制系统工作，调整功率在额定值。当风速大于切出风设定值时，风力发电机直接停机。

2.2.3永磁直驱风力发电机的仿真模型

根据以上分析，在MATLAB/Simulink中，用Simulink风机模块搭建模型如图2-14所示，其中输入量有风速\风机转速，并且将桨距角设置为0°，输出的是风机捕获的功率和电磁转矩。

在改变风速的情况下，观察风力发电机的输出功率变化从而验证风力发电机模型搭建的正确性。风机的额定风速为12m/s，在0-0.5s给定风速为5m/s，0.5-1s风速达到12m/s,1s以后分速为9m/s。根据式（2-10）得到功率变化曲线如图2-16所示。

根据图2-16可以得到，在风速低于额定风速时的功率小于额定风速的时的风机功率，从而验证了永磁同步风力发电机模型搭建的正确性。

2.3储能系统

微电网的储能系统主要是蓄电池，通过对蓄电池的有效控制和能量管理，防止过度放电而造成电力的枯竭，电池端电压和充电状态（SOC）作为微电网的主要储能参数，对发电计划和新能源的经济平衡具有重要影响。通过对电池的合理控制和管理，可以充分利用其有限的能量，避免因过度放电而导致的功率消耗^[17]。为了微电网更好的运行，需要对蓄电池的剩余电量进行预测，将储能蓄电池接入到微电网系统主要有以下几个作用：

（1） 微网将会具有一个相对稳定的输出；

（2） 风能、太阳能本身的间歇性导致的微网电力系统输出波动性，将会由于蓄电池的接入而使得功率波动平滑，并且还能保证负荷的供电具有持续性；

（3） 当发电系统不可调度时，可将其视为可调度机组实现并网运行^[18]。

2.3.1蓄电池的工作原理及数学模型

简单的蓄电池一般是由一个电压源与一个电阻串联而成，如图2-17即为蓄电池电路。

图中，E_b表示蓄电池的开路电压，R_b表示蓄电池的内阻。

在一定的放电条件下，蓄电池所放出的电量等于蓄电池的容量，蓄电池容量和时间是反比的关系，随着时间的增加容量会逐渐减小，然而温度、放电时间的大小和终止电压的大小是蓄电池实际容量大小的主要影响因子。放电的电流越大，可以释放的电量就越小；伴随电解液的温度增加，电池的实际容量就会越大，当终止电压低于限制范围时，放电的容量就会变小，此时蓄电池的寿命就会受到影响。

（2-14）式中，E_bat表示蓄电池的容量；E_stc表示标准状况下的额定容量；T_bat表示蓄电池工作点的温度；T_st表示蓄电池在标准状况下的温度，取25°C；λ表示蓄电池的容量温度系数，取0.6%。

SOC表示荷电状态，因为SOC是没有办法直接得到，所以对于蓄电池来说，对其SOC的准确估计是十分重要的。当蓄电池是处于充放电的起始状态，此时设荷电状态为SOC₀，则SOC的值为：

其中，I_bat表示蓄电池的实际充放电电流（大于0表示蓄电池充电，小于0表示蓄电池放电）；I_loss表示蓄电池的损耗反应电流。

蓄电池是有使用寿命的，蓄电池使用寿命受很多因素的影响，充放电电流值就是其中之一。为避免充放电电流值过大导致蓄电池使用寿命缩短，需要对充放电功率设定一个额度。一般情况下，单位时间内蓄电池的充放电容量应小于其最大容量的20%。

2.3.2蓄电池的建模与仿真模型

通过蓄电池的工作原理和充放电特性以及荷电状态的分析，在MATLAB软件中建立蓄电池模型，并观测其充放电过程，因为微电网的蓄电池是具有储能和放电两个过程，此处研究蓄电池的充放电特性。

建立蓄电池的仿真模型如图2-18，并设定参数如下：蓄电池标称电压为300V，额定容量为0.5Ah，初始荷电状态为50%，仿真时间为30s。

通过仿真，可以观测30s内的蓄电池的放电过程。并得到蓄电池放电过程中的电压特性曲线如图2-19，电流的特性曲线如图2-20，荷电状态曲线如图2.21。

分析图2-19、2-20、2-21仿真曲线可知：在蓄电池的放电过程中蓄电池的电流、电压、荷电状态随时间的增大而减小。

建立蓄电池充电仿真模型，如图2-22所示，可观测30s内的充电过程，电压特性如图2-23所示，电流如图2-24所示，荷电状态如图2-25所示。

分析图2-23、2-24、2-25仿真曲线可知：蓄电池的充电过程，蓄电池的电流荷电状态随时间的增大而增大，电压保持稳定值。

2.4风光储联合运行的微电网仿真模型

2.4.1微电网模型

通过上文的描述，可知此次微电网主要由三种微源组成，分别是风力发电、光伏发电、蓄电池，即微电网中既有直流电也有交流电。

参考图2-26直流微电网结构图对微电网整体进行构建。

利用MATLAB软件的Simulink仿真平台，可构建微电网模型如图2-27所示，该微电网涵盖风力发电、光伏发电、储能单元。并有以下特点：

（1） 电力电子接口是分布式电源进行调节的关键，能够让电网更加的灵活可靠；

（2） 能够自行用电，也能进行供电，满足电力系统的稳定性和电能质量的要求；

（3） 一旦公共配电网无法正常运行会做出响应，微电网将切换到不在并网的状态进行运行。

3IEEE8节点配电网系统

3.1IEEE8节点配电网模型

电力系统IEEE8节点用于电力系统的仿真，根据文献[19]搭建配电网模型如图3-1所示。

3.2参数设置

电源采用三相电压源代替，参数设置如下表3-1所示。

3.3仿真分析

通过仿真运行，测得N0-N4母线的电压大小分别为309.69V、309.11V、308.76V、308.59V、308.47V。从配电网各节点分布分析，配电网的电压处于稳定状态，即靠近电源侧节点N0电压值最大，远离电源侧节点N4电压值最小^[20]。

其中N0点的电压波形如图3-2所示。

根据参考的文献可知，搭建的配电网仿真模型是可行的。

4微电网接入对电能质量的影响研究

4.1电能质量指标

电能质量问题在IEC标准下的规范定义为：供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性^[20]。一般认为造成用电设备故障或误动作的电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差都称作电能质量问题^[21]。如图4-1所示为这次设计的电能质量衡量指标，主要是电压、电流、功率以及对线路的电压、电流谐波进行分析。

电力系统中的短路故障是指不同导体出现的短路现象，对于具体的三相系统的短路故障包括三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路。在三相系统中，三相短路时，由于其被短路的三相阻抗相等，也被称为对称的短路现象^[22]。而经常发生的短路故障就是单相接地，三相短路出现的次数很少，一旦出现所带来的危害却是相当严重的，影响的范围也非常广。因此，本次设计模拟的短路故障为单相接地短路故障和三相短路故障。

4.2正常运行时配电网电能质量分析

在对配电网的电能质量研究时，将搭建好的配电网在正常情况下运行，选取配电网末端母线N4作为研究对象，仿真时间设定为1s，所得到的电压、电流、功率波形如图4-2所示。

正常运行时，对整个系统的线路谐波进行分析如图4-3所示。

观察总谐波畸变率时，在0.4s后取4个周期观察谐波成分的情况，可以得出在正常运行情况下，配电网的线路总谐波畸变率为0%。

4.3发生故障后配电网电能质量分析

4.3.1发生单相接地故障配电网电能质量分析

当配电网中发生单相接地故障时，如图4-4所示，故障出现的时间设为0.4s，仿真时间为1s，可以观测到母线N4上的电压，电流、功率波形如图4-5所示，总谐波畸变率如图4-6所示。

通过图4-3和图4-6可知：在发生单相接地故障的情况下，线路的总谐波畸变率增加，0.4s开始总谐波畸变率为13.21%，在0.42s开始总谐波畸变率为1.84%，因为故障出现是在0.4s，谐波成分会激增，但是很快就会减少，在0.44-0.48谐波成分递减到0%。

4.3.2发生三相短路故障配电网电能质量分析

当发生三相短路故障时，且故障出现的时间为0.4s，未设置故障切除时间，仿真时间为1s,可以得到母线N4上的电压、电流、功率波形图如图4-7所示。

通过对图4-3、图4-6和图4-8分析可知：故障情况下是会产生谐波的。单相接地故障的总谐波畸变率最高可达13.21%，三相短路故障的总谐波畸变率最高为11.28%，和单相接地相比，三相接地的总谐波畸变率略低于单相按地故障时的总谐波畸变率。

4.4微电网接入后配电网电能质量分析

4.4.1含微电网的配电网模型

风光储组成的微电网经过整流和逆变环节，将微电网和配电网进行并网，并网后的仿真模型如图4-9所示。仿真时间为1s，断路器为断开状态，设置的合闸时间为0.3s，切除时间为0.8s。

仍然观测母线N4上的电压、电流及功率曲线，如图4-10所示，为了详细展示接入后各参数的变化情况，分为0.3s接入时波形的变化和0.8s切出的波形。

通过观察图4-10，可以得到，在接入的0.3-0.8S内母线上电压波形出现轻微的波动，波动幅度很小，电流波形光滑，未发现波动。此时，对线路的总谐波畸变率进行分析，得到如图4-11所示。在并网之前取0.2s开始4个周期，取0.5s开始4个周期的并网系统进行对比分析。

通过对比并网前后的总谐波畸变率，根据图4-11观察到并网前的谐波含有率是0%，此时只有配电网工作。在0.3s接入微网，0.5s开始4个周期的谐波含有率为1.90%，并且观察从0.3s接入后，0.3s-0.8s接入阶段的总谐波畸变率平均值在1.53%。说明正常情况下微电网接入对配电网在谐波方面的影响很小。

4.5微电网接入配电网后发生故障时电能质量分析

4.5.1微电网接入配电网后发生单相接地故障时电能质量分析

设定故障为单相按地故障，仿真时间为1s，故障出现时间为0.4s，未设置故障切除时间。发生故障后的并网仿真如图4-12，可以观察到的母线N4电压、电流、功率波形图如图4-13所示。

在接入微电网的情况下，发生单相接地故障时的总谐波畸变率分析如图4-14所示。其中选取在出现故障的0.4s开始和只有配电网运行时出现单相接地故障的在0.4s-0.48s进行对比分析。

观察图4-6和图4-14可知：在微电网接入的情况下，同样的发生单相接地故障时，配电网的总谐波畸变率从原本的13.21%上升到20.56%，上升了7.35%总谐波畸变率明显升高。

4.5.2微电网接入配电网后发生三相短路故障时电能质量分析

设定故障为三相短路故障，仿真时间为1s，故障出现时间为0.4s，未设置故障切除时间。可以观察到的母线N4电压、电流、功率波形图如图4-15所示。其中图4-15(a)表示在0.3s接入微电网电压、电流、功率的波形。图4-15(b)表示在接入微电网的情况下发生三相短路故障的电压、电流、功率波形。图4-15(b)表示0.8s微电网切除三相短路故障的电压、电流、功率波形。

在微电网接入配电网的前提下，对出现三相短路故障的配电网进行总谐波畸变率分析，如图4-16所示。

根据观察图4-8和图4-16，可以得到在微电网接入的情况下配电网的总谐波畸变率比配网单独运行时发生三相短路故障的总谐波畸变率高，说明在接入微电网的情况下，微电网会对电能质量造成谐波污染，总谐波畸变率从原本的11.28%升高到61.59%。

5结论与展望

5.1结论

本文主要以微电网接入配电网后的电能质量为研究对象，首先对各分布式电源、储能系统进行建模，在此基础上将微电网与配电网进行并网，在并网前后模拟故障情况观察电网的电压、电流、功率和总谐波畸变率。可以得到如下结论：

（1） 微电网包含大量的电力电子元件，在接入配电网后，根据仿真得到的电压波形可知，电压的幅值和频率都受到影响，但是电压波形会略微波动，受到的影响很小。

（2） 相比电压波形，观察到的电流波形很平滑，幅值和频率都没有受到影响。

（3） 谐波方面，对比微电网接入配网前后的总谐波畸变率可知，微电网接入后的总谐波畸变率有所增加，当配网单独运行时，发生单相接地和三相短路故障时，总谐波畸变率骤增后迅速降低。当接入微网后，遇到同样的故障，总谐波畸变率明显增加，得到在微网接入后发生故障微网对配电网有谐波污染。

5.2展望

本文研究了微电网接入对配电网电能质量的影响研究，但由于时间有限，所以本次研究还存在一些不足，需要做进一步的研究，主要有以下几个方面：

（1） 本文选用的微电网组成只有风光储，由于篇幅限制，没有增加超级电容的等其他微源。

（2） 由于篇幅和个人能力的限制，本文研究的电能质量包括的方面范围涵盖面不广泛，需要进一步的研究。

（3） 对于微电网接入配电网的接入点位置固定在一点，没有考虑不同位置的影响。

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