基于現(xiàn)代分布式電源的接入對配電網(wǎng)的影響

羅瑋華+胡雯

摘 要：在電力系統(tǒng)中，配電系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)的末端，直接與用戶相連，聯(lián)系了電源或輸變電系統(tǒng)與用戶，負(fù)責(zé)將電力從變電站輸送到用戶，一旦配電系統(tǒng)發(fā)生故障就會造成大量的負(fù)荷丟失，使用戶或者企業(yè)失電。配電系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到用戶供電的連續(xù)性。而能源的需求量越來越大，導(dǎo)致新型各種分布式電源接入配電網(wǎng)，新型能源的接入配網(wǎng)是未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，同時，分布式電源的接入，使傳統(tǒng)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、供電來源、潮流方向等都發(fā)生了巨大的變化，因此有必要分析和評估分布式電源接入后對配電系統(tǒng)的影響。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；分布式電源；影響

中圖分類號：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0171-02

引言

隨著社會發(fā)展的需要，電量需要量越來越大，進(jìn)一步要求各種新型的可再生能源參與電力系統(tǒng)中，如風(fēng)能、太陽能、潮汐能、核能、水能等，這就導(dǎo)致有著各種不同位置，不同容量的分布式電源接入電網(wǎng)，因?yàn)榉植际诫娫瓷婕暗椒秶鷱V，比如常見的一些可循環(huán)使用的自然界可以取到的能源，以這些新型的能源作為供電能源方式，同時配合利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，有著兩方面的重要優(yōu)勢：其一，可以緩解中國能源的壓力。目前中國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致對能源的需求量越來越大，普通的燃料能源已接近枯竭，急需要一些新型的可再生能源來補(bǔ)充，正好可循環(huán)使用的新型可再生能源承擔(dān)這一角色；其二，新型能源不會產(chǎn)生污染源。它比較干凈，不會產(chǎn)生如同化學(xué)能源一樣的污染物。目前全世界的能源問題上，污染是一重要話題，解決全球性的污染問題是迫在眉睫的問題。雖然分布式電源有的強(qiáng)大優(yōu)勢，但是涉及到其并網(wǎng)發(fā)電，以及相關(guān)控制問題仍然是當(dāng)前學(xué)術(shù)界上一大瓶頸，解決如何更好的并網(wǎng)、更好的進(jìn)行分布式能源控制、分布式能源調(diào)度問題還是一個永恒的課題。

1 配電系統(tǒng)可靠性評估的指標(biāo)

電力系統(tǒng)可靠性是通過定量的可靠性指標(biāo)來度量的，同電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性樣，它主要是來評價與定量配電可靠性的程度，一般由若干個參數(shù)來表示。這些指標(biāo)主要分為兩類，一類是負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)，另一類是系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。配網(wǎng)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)主要有：（1）SAIFI。它的含義是系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)，它表示每個由系統(tǒng)供電的用戶在每單位時間內(nèi)的平均停電次數(shù)，用一年中用戶停電的累計次數(shù)除以系統(tǒng)供電的總用戶數(shù)來計算：（2）CAIFI。用戶平均停電頻率指標(biāo)，是指每個受停電影響的用戶在每單位時間里經(jīng)受的平均停電次數(shù)，每個受停電影響的用戶每年只計算一次停電。

2 新型能源光伏發(fā)電概述

由于太陽能資源和負(fù)載分布性質(zhì)的限制，因此，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)以“大規(guī)模集中開發(fā)、中高壓接入”和“分散開發(fā)、低壓就地接入”并行發(fā)展為主。隨著能源的緊缺，光伏發(fā)電集中大規(guī)模開發(fā)將成為太陽能發(fā)電主要趨勢。如今光伏發(fā)電技術(shù)逐漸成熟， 直流輸電是實(shí)現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離、高電壓及其區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的重要技術(shù)，特高壓直流輸電大容量、遠(yuǎn)距離、低消耗屬性被比喻為“電力高速公路”，對于大規(guī)模新能源發(fā)電具有重要意義。我國的水力發(fā)電主要集中在西南地區(qū)，而太陽能、風(fēng)能發(fā)電主要集中在北部、西部地區(qū)。如果要想將西電東送，節(jié)約能源，更充分的利用清潔能源，只有選擇特高壓才能實(shí)現(xiàn)清潔能源的大規(guī)模、大范圍的輸送和接納。

3 分布式電源的并網(wǎng)方式

3.1 集中接入

分布式電源直接到配電網(wǎng)的低壓側(cè)母線上，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，調(diào)度方式比較簡單，其作用與系統(tǒng)電源相同。在配電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致系統(tǒng)側(cè)電源失去時，分布式電源可以為故障隔離后的為配電網(wǎng)繼續(xù)供電，當(dāng)然由于分布式電源出力的受影響因素多，需要對負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)選，因此，這種接入方式對系統(tǒng)可靠性的提高不明顯。

3.2 分散接入

分布式電源通過分支饋線接到配電網(wǎng)的負(fù)荷點(diǎn)上，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是能源來源廣泛，安裝位置靈活。同時配電系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行相對集中接入復(fù)雜。分布式電源分散接入，在低壓側(cè)發(fā)生故障時，在非故障區(qū)仍可以繼續(xù)由分布式電源供電，這種接入方式對系統(tǒng)可靠性提高明顯。

4 分布式電源的運(yùn)行方式

分布式電源的運(yùn)行方式主要有三種：（1）分布式電源作系統(tǒng)電源的備用電源。若配電網(wǎng)失去系統(tǒng)電源，則分布式電源啟動，由分布式電源向負(fù)荷供電。故障消除后，負(fù)荷切換到由系統(tǒng)電源供電。（2）系統(tǒng)電源作分布式電源的備用電源分布式電源單獨(dú)為負(fù)荷供電，由于分布式電源出力的隨機(jī)性和有限性，難以滿足對負(fù)荷的穩(wěn)定持續(xù)供電，需要加入系統(tǒng)電源，以平衡分布式電源出力和負(fù)荷功率需求。將系統(tǒng)電源作為備用電源，可以補(bǔ)充分布式電源的電能缺額，同時分布式電源可以將多余的電能送入系統(tǒng)，在系統(tǒng)電源的支持下可以有效提高供電質(zhì)量。（3）分布式電源與系統(tǒng)電源并列運(yùn)行此時配電網(wǎng)變成了多電源網(wǎng)絡(luò)，有些負(fù)荷點(diǎn)可以從多個電源獲取電能。這種運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)是，分布式電源和系統(tǒng)電源互為備用，可以顯著提高配電系統(tǒng)的可靠性。

5 分布式電源接入對配電系統(tǒng)的影響分析

分布式電源的接入，將會直接影響到系統(tǒng)負(fù)荷的增長模式，原有配電系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測和規(guī)劃面的不確定性在一定程度上得以提高，進(jìn)而影響配電網(wǎng)規(guī)劃的合理性。分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行是電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。同時，分布式電源接入對傳統(tǒng)配電系統(tǒng)有重要影響，因此有必要對其接入配電系統(tǒng)后的影響進(jìn)行分析和評估。在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于本身的節(jié)點(diǎn)數(shù)量比較多，導(dǎo)致接入主網(wǎng)后，使進(jìn)行潮流研究分析中有更多的潮流節(jié)點(diǎn)，如分布式發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)（PQ、PV等節(jié)點(diǎn)），所以在進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化進(jìn)行計算分析時，在一定程度上大大增加了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中尋找最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)布置方案的難度。首先，分布式電源可以增加配電網(wǎng)的電能供應(yīng)；其次，可以提供電壓支撐，提高配電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性；而且發(fā)生故障時，會出現(xiàn)孤島運(yùn)行方式，這種運(yùn)行方式可以顯著減小孤島內(nèi)負(fù)荷的停電時間和范圍。因此，分布式電源接入對配電系統(tǒng)的可靠性提高是有利的。但是，分布式電源也會對配網(wǎng)帶來不利影響，其接入改變了傳統(tǒng)配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和潮流分布。endprint

5.1 電能質(zhì)量影響

當(dāng)多種不同新型的小型能源（太陽能、風(fēng)能、水能等）后，由于多個不同的分布式的電源在不同地點(diǎn)位置接入系統(tǒng)內(nèi)，倘若用戶端出現(xiàn)了電源故障，如果沒有及時的隔離故障電源或線路，將有可能會改變整個系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓的這種分布規(guī)律。如太陽能、風(fēng)能、核能等無法發(fā)出無功功率，且發(fā)電負(fù)荷波動性比較大，有間歇性。一旦出現(xiàn)大量的負(fù)荷波動，導(dǎo)致電壓進(jìn)一步下降時候，因?yàn)闆]有無功支持，進(jìn)一步使電壓梯度下降，惡化電壓水平，造成電壓不穩(wěn)定，使電網(wǎng)電壓畸形，特別影響相關(guān)鋼鐵行業(yè)或者大型用電企事業(yè)。

5.2 電網(wǎng)調(diào)度影響

因多個不同位置，不能負(fù)荷能源均通過整個電力系統(tǒng)大網(wǎng)接入，使各個小型電源無法受到完整的控制，也不可能使各個小型電源均接入通信裝置，進(jìn)一步使調(diào)度在進(jìn)行研究負(fù)荷調(diào)度與分配，增大了不少的難度，比如安全監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無法接入主網(wǎng)，使得調(diào)度人員無法對分布式電源的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，使各分布式電源的運(yùn)行方式與負(fù)荷調(diào)度均不可控制，導(dǎo)致配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的難度以及主網(wǎng)的整體控制難度都明顯的增大，也會導(dǎo)致主網(wǎng)與配電網(wǎng)檢修作業(yè)的帶來更多的麻煩。

5.3 繼電保護(hù)影響

孤島運(yùn)行是分布式電源接入配電網(wǎng)后，出現(xiàn)的新的運(yùn)行方式。當(dāng)某元件發(fā)生故障后，開關(guān)元件動作，區(qū)域塊內(nèi)負(fù)荷由分布式電源供電，如果這區(qū)域塊內(nèi)的負(fù)荷和分布式電源可以持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，由分布式電源獨(dú)立供電，稱為“孤島運(yùn)行”。配電網(wǎng)內(nèi)部分負(fù)荷轉(zhuǎn)化為孤島運(yùn)行，可以提升配電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。一般而言，分布式發(fā)電的保護(hù)繼電器在執(zhí)行自身的功能時，因?yàn)槠鋽?shù)量多，控制起來比較復(fù)雜，所以分布式電源一般并不接受來自于任何外部與之所聯(lián)系統(tǒng)的信息。使其本身相對獨(dú)立性，舉例來說，如果一配電網(wǎng)的斷路器遇到后，可能已經(jīng)打開，但分布式電源的繼電器未能檢測出這種狀況，不能迅速地執(zhí)行相對的動作，仍然繼續(xù)向部分饋線供電，最終造成系統(tǒng)或人員安全方面的損害，這也是分布式電源接入系統(tǒng)后會經(jīng)常碰到的棘手問題，還有待進(jìn)一步完善與改進(jìn)。

5.4 引起諧波問題

分布式電源接入配電系統(tǒng)后產(chǎn)生諧波問題的原因有兩個方面：間歇性和不穩(wěn)定性，如風(fēng)力、太陽能發(fā)電，他有著顯著的不穩(wěn)定性，與天氣有著明顯的相關(guān)性，二是分布式電源一般發(fā)出的電是直流電，所以不得采用了整流-逆變技術(shù)和大量的電力電子設(shè)備，再通過變壓器進(jìn)行升壓并網(wǎng)，這個過程中，不同類型分布式發(fā)電機(jī)、不同的分布式發(fā)電聯(lián)網(wǎng)方式可能會產(chǎn)生不同次數(shù)的諧波，這就是諧波畸變的一根本來源。

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