分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的影響

楊琦偉

將分布式發(fā)電（DG）系統(tǒng)集成到現(xiàn)有的配電系統(tǒng)中，是今后分布式發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)。但是把大量的DG系統(tǒng)接入配電網(wǎng)會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一、對(duì)網(wǎng)損的影響

在配電網(wǎng)中的負(fù)荷近旁接入分布式發(fā)電（DG）系統(tǒng)后，整個(gè)配電網(wǎng)的負(fù)荷分布將發(fā)生變化，主要有3種情況：（1）所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷量均大于該節(jié)點(diǎn)處DG的輸出量；（2）至少有一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷量小于該節(jié)點(diǎn)處DG的輸出量，但系統(tǒng)的總負(fù)荷量大于所有DG的輸出總量；（3）至少有一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷量小于該節(jié)點(diǎn)處DG的輸出量，且系統(tǒng)的總負(fù)荷量小于所有DG的輸出總量。對(duì)于情況（1），DG的引入使配電網(wǎng)中所有線路的損耗減??；對(duì)于情況（2），DG的引入可能導(dǎo)致配電網(wǎng)中某些線路的損耗增加，但配電網(wǎng)的總體線路損耗將減??；對(duì)于情況（3），如果所有DG的發(fā)電總量小于2倍的負(fù)荷總量，那么DG的影響與情況（2）相同，否則將使配電網(wǎng)的線路損耗增加。由此可見，分布式發(fā)電可能增大也可能減小系統(tǒng)損耗，這取決于分布式電源的位置、與負(fù)荷量的相對(duì)大小以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素。

二、對(duì)線路上潮流的影響

如果配電網(wǎng)中含有風(fēng)力發(fā)電和/或光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)，由于它們的輸出受天氣的影響很大，具有隨機(jī)變化的特性，所以以上3種負(fù)荷分布情況可能會(huì)在配電網(wǎng)中交替出現(xiàn)，使系統(tǒng)的潮流具有隨機(jī)性，傳統(tǒng)的潮流算法將不再適用。為此目前提出2種解決方法。

（1）利用負(fù)荷跟蹤控制保證饋線上的潮流不變，這樣就可以延續(xù)傳統(tǒng)的潮流算法。（2）采用新的潮流算法。目前普遍使用的2種典型的隨機(jī)潮流算法是：Borkowska方法和Dopazo方法。這2種方法的區(qū)別在于：Borkowska方法通過卷積積分可以處理節(jié)點(diǎn)給定值的任意概率密度函數(shù)，而DoDazo方法只能處理成正態(tài)分布的概率密度函數(shù)。

三、 對(duì)電壓的影響

（1）對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響：傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般呈輻射狀，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況下，沿饋線潮流方向，電壓逐漸降低。接入DG后，在穩(wěn)態(tài)情況下（視負(fù)荷恒定不變），由于饋線上的傳輸功率減小以及DG輸出的無功的支持，使得沿饋線的各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓被抬高。電壓被抬高多少與接入的DG的位置及總?cè)萘康拇笮∮嘘P(guān)。

（2）對(duì)系統(tǒng)電壓波動(dòng)的影響：傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，有功、無功負(fù)荷隨時(shí)間變化會(huì)引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)。朝線路末端方向，電壓的波動(dòng)越來越大。如果負(fù)荷集中在系統(tǒng)末端附近，電壓的波動(dòng)會(huì)更大，一般盡量避免這種情況的發(fā)生。DG接入配電網(wǎng)后，會(huì)影響系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，使其增大或減小，主要通過2種方式：1）DG與當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷協(xié)調(diào)運(yùn)行，即當(dāng)該負(fù)荷增加（或減?。r(shí)，DG的輸出量增加（或減?。?，此時(shí)DG將抑制系統(tǒng)電壓的波動(dòng)；2）DG不與當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷協(xié)調(diào)運(yùn)行，如利用自然資源發(fā)電的DG，由于其輸出受自然資源的可利用性影響很大，一般很難控制，所以這類DG很難與當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷協(xié)調(diào)運(yùn)行，此時(shí)DG將增大系統(tǒng)電壓的波動(dòng)。

（3）控制措施： DG接入配電網(wǎng)后會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生很大的影響，傳統(tǒng)的電壓控制方式可能不再適用。為此，近年來通過分析DG對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，提出了許多新的控制方法。通過分析DG的容量及接入位置的變化對(duì)配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響，提出當(dāng)DG的總?cè)萘肯鄬?duì)于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大時(shí)，配電站母線電壓應(yīng)適當(dāng)降低，一般通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電壓調(diào)節(jié)器（SVR）實(shí)現(xiàn)，以防止部分節(jié)點(diǎn)電壓越限。另外，為防止在DG退出運(yùn)行后，部分節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)太大，應(yīng)保證DG多發(fā)有功，少發(fā)無功，系統(tǒng)缺額的無功功率由其它的無功支撐設(shè)備（如電容器等）補(bǔ)償。一種基于PI控制，利用變電站處潮流信息和DG所在母線的負(fù)荷信息調(diào)節(jié)可控的DG系統(tǒng)的輸出量來補(bǔ)償系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)，從而抑制系統(tǒng)電壓波動(dòng)。可以在配電網(wǎng)中安裝基于電力電子技術(shù)的電壓補(bǔ)償設(shè)備，如靜止無功補(bǔ)償器（SVC），通過SVC與配電網(wǎng)中現(xiàn)存的電壓控制設(shè)備SVR的相互協(xié)調(diào)來抑制各種陡然變化的電壓波動(dòng)。該方法并沒有利用較大容量的SVC完全替換已經(jīng)安裝在配電網(wǎng)上的SVR，而是選用容量較小的SVC與SVR協(xié)調(diào)控制，既彌補(bǔ)了由于SVR的時(shí)延性而不能迅速響應(yīng)陡峭的電壓波動(dòng)的缺點(diǎn)，又具備很好的經(jīng)濟(jì)性，是一種比較實(shí)際可行的方法。針對(duì)一組DG突然退出運(yùn)行而造成系統(tǒng)電壓波動(dòng)的情況，提出可以通過投入經(jīng)優(yōu)化組合的電容器組（利用禁忌搜索法進(jìn)行優(yōu)化組合）來抑制系統(tǒng)電壓的波動(dòng)。還可以利用輸出量可控的DG系統(tǒng)（如燃料電池、汽輪機(jī)）補(bǔ)償輸出量不可控的DG系統(tǒng)（如風(fēng)力發(fā)電、光伏系統(tǒng)）的輸出量的波動(dòng)及負(fù)荷的波動(dòng)，從而抑制系統(tǒng)電壓的波動(dòng)。

四、對(duì)電能質(zhì)量的影響

DG接入配電網(wǎng)后，會(huì)引入各種擾動(dòng)，從而對(duì)系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。其影響主要有2個(gè)方面。

（1）電壓閃爍DG在下列情況下可能直接或間接引起電壓閃爍：1）大型DG系統(tǒng)啟動(dòng)；2）DG的輸出突然變化或發(fā)生較大變化；3）DG和反饋環(huán)節(jié)的電壓控制設(shè)備相互影響。目前采用的解決方法是要求DG的擁有者減少啟動(dòng)次數(shù)并將DG通過逆變器接入配電網(wǎng)以減小DG輸出的大幅度變化。 （2）諧波DG在下列情況下可能引入諧波：1）分布式電源本身就是一個(gè)諧波源；2）DG經(jīng)基于電力電子技術(shù)的逆變器接入配電網(wǎng)。針對(duì)大型配電網(wǎng)討論引入DG后一些重要母線的諧波電壓水平，提出可以在諧波電壓水平較高的母線上安裝特殊濾波器來抑制諧波電壓。針對(duì)含有PV發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)，提出一種多功能逆變器控制策略，在PV發(fā)電系統(tǒng)的逆變器中加入并聯(lián)有源濾波器的功能，而且采用參考電壓最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略來穩(wěn)定電壓源逆變器的輸出電流，起到抑制系統(tǒng)諧波電壓的作用。

此外，對(duì)于諸如電壓脈沖（impulse）、浪涌（surge）、電壓跌落（sags）和瞬時(shí)供電中斷（outage）等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題，可以通過在分布式發(fā)電系統(tǒng)中加入儲(chǔ)能裝置來解決。

五、對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的影響

由于輻射狀配電網(wǎng)的潮流是單向流動(dòng)的，從電源到用戶，且考慮到配電網(wǎng)上80%的故障是瞬時(shí)的，所以傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)設(shè)計(jì)通常是在變電站處安裝反向過流繼電器，主饋線上裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置，支路上裝設(shè)熔斷器。根據(jù)“僅斷開故障支路，對(duì)瞬時(shí)故障進(jìn)行重合閘”原則，使自動(dòng)重合閘裝置與各側(cè)支路上的熔斷器相互協(xié)調(diào)，而每個(gè)熔斷器又分別與其直接相連的上一級(jí)和/或下一級(jí)支路上的熔斷器相互協(xié)調(diào)以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)線路的保護(hù)，此種保護(hù)不具有方向性。

六、對(duì)可靠性的影響

如果DG僅作為備用電源可以提高系統(tǒng)供電的可靠性，但如果DG與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，就可能降低系統(tǒng)的可靠性，例如：對(duì)于含有大量DG的配電系統(tǒng)，如果DG間相互協(xié)調(diào)不好，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。另外，在系統(tǒng)中出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，由于DG的高度不確定性，也可能降低系統(tǒng)的可靠性。于是目前在實(shí)際工程中，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)擾動(dòng)，通常會(huì)切除所有的DG，使系統(tǒng)恢復(fù)到原來的結(jié)構(gòu)。

七、對(duì)故障電流的影響

DG的出現(xiàn)會(huì)提高配電網(wǎng)的故障電流水平。DG對(duì)故障電流的影響取決于很多因素，如：DG的技術(shù)類型、運(yùn)行模式、容量、滲透率與系統(tǒng)的接口方式及所采用的技術(shù)等。

今后，分布式發(fā)電（DG）的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，其主要的發(fā)展趨勢(shì)是將基于多種發(fā)電技術(shù)的不同DG系統(tǒng)接入同一配電網(wǎng)中進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、相互協(xié)調(diào)，為系統(tǒng)提供高峰電能以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電可靠性。

主要研究工作有：（1）建立一個(gè)普遍適用的D G與配電網(wǎng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（2）現(xiàn)有分布式發(fā)電技術(shù)的完善和新技術(shù)的研發(fā) （3）建立各種分布式發(fā)電的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)分析等值模型；（4）研究各種分布式電源故障時(shí)對(duì)配電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的影響及控制策略 （5）研究各種分布式電源對(duì)故障電流的影響和貢獻(xiàn)（6）實(shí)現(xiàn)DG系統(tǒng)間以及DG系統(tǒng)與配電網(wǎng)之間的相互協(xié)調(diào)和對(duì)各分布式電源的調(diào)度，這將涉及到通訊技術(shù)、GPS技術(shù)、DSP技術(shù)以及電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)量和在線檢測(cè)技術(shù)在分布式發(fā)電中的應(yīng)用研究 （7）研究大量DG接人配電網(wǎng)后對(duì)潮流、電壓、保護(hù)及電能質(zhì)量等方面的影響及控制措施（8）含有大量DG的配電網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)（9）為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行，應(yīng)考慮各種DG在配電網(wǎng)中的安裝位置及規(guī)模、運(yùn)行模式、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等問題 （10）研究DG輸出變化的補(bǔ)償措施以減小DG的不確定性對(duì)配電系統(tǒng)的影響。