分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

王力 黃盛 崔洪銘 張洪浩

【摘 要】隨著我國(guó)電力能源的日益緊缺，分布式電源的應(yīng)用受到人們的廣泛關(guān)注，分布式電源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的能源支持，但是其對(duì)于傳統(tǒng)電網(wǎng)的影響也是極大的。基于此，本文對(duì)分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】分布式電源；電源并網(wǎng)；電能質(zhì)量；并網(wǎng)影響

分布式電源系統(tǒng)改變了我國(guó)傳統(tǒng)的單電源輻射型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但我國(guó)配電網(wǎng)短路水平、電壓分布、無功功率、故障清除等方面也受到了較為深遠(yuǎn)影響，分布式電源引發(fā)的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作問題近年來在我國(guó)各地的出現(xiàn)頻率也不斷提升，而為了盡可能抑制分布式電源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)帶來的負(fù)面影響，提高電能質(zhì)量具有重要意義。

一、分布式電源應(yīng)用情況概述

在現(xiàn)代配電系統(tǒng)中，DG是通用化電源，其接入點(diǎn)比較多，配電網(wǎng)在其影響下會(huì)出現(xiàn)很多新的變化，其中最明顯的是潮流分布變動(dòng)，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障電流的實(shí)際的大小與流通方向會(huì)給傳統(tǒng)化的配電保護(hù)模式帶去影響，保護(hù)裝置具有的靈敏度與選擇性均會(huì)受到負(fù)面影響，DG電源自身也具有一些特殊的使用特點(diǎn)，其應(yīng)用的控制策略并不固定，運(yùn)行模式中也存在諸多的不可控因素，傳統(tǒng)型的保護(hù)裝置與DG電源的契合度比較低?；贒G電源的特殊使用要去，相關(guān)技術(shù)人員開發(fā)了很多保護(hù)方式，根據(jù)該電源的實(shí)際接入點(diǎn)，可以對(duì)配單系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分，按照不同區(qū)域的具體運(yùn)行特點(diǎn)來選定方案，堅(jiān)持自適應(yīng)保護(hù)原則來達(dá)到保護(hù)配電系統(tǒng)的工作目的，確?？梢栽谂潆姽收蠁栴}形成時(shí)，立即進(jìn)行定位與故障分析工作，使配電網(wǎng)保持更強(qiáng)的安全性。

二、分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

（一）對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

當(dāng)配電網(wǎng)接入分布式電源后，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生變化，其次配電電流發(fā)生變化。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，配電網(wǎng)中發(fā)生變化的有：短路電流大?。欢搪冯娏髁飨?；短路電流分布。（1）故障點(diǎn)在分布式電源下端。電路中有DG1時(shí)，f2發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)DG1中已有電流，通過斷路器F2的短路電流值很大，比不含DG1時(shí)的電路中短路電流值大，很容易到達(dá)F2保護(hù)靈敏度，F(xiàn)2極易動(dòng)作，所以這樣的情況下發(fā)生故障時(shí)，斷路器F2就會(huì)起副作用。DG1起到一種分流作用，斷路器F1將無法斷開保護(hù)電路，后段靈敏度減小，當(dāng)短路電流小時(shí)斷路器F2保護(hù)不起任何作用。（2）故障點(diǎn)在分布式電源上端。電路中有DG3時(shí)，f2發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)有一個(gè)反向電流通過斷路器F3，因?yàn)榕渚W(wǎng)中沒有電流導(dǎo)向元件，這種反向電流會(huì)引起F3誤動(dòng)作。（3）故障點(diǎn)在相鄰饋線。當(dāng)AD段擁有很多分布式電源，f4發(fā)生故障，通過斷路器F5短路電流值很大，比不含分布式電源時(shí)的電路中短路電流值大，很容易到達(dá)F5保護(hù)靈敏度，F(xiàn)5極易動(dòng)作。將會(huì)有個(gè)反向電流通過斷路器F1，因?yàn)榕渚W(wǎng)中沒有電流導(dǎo)向元件，這種反向電流會(huì)引起F1誤動(dòng)作。

（二）對(duì)電壓波動(dòng)的影響

第一，輸入能量變化及其它外界干擾。對(duì)于風(fēng)電機(jī)組、光伏電池板等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，外界自然能源輸入的變動(dòng)是造成分布式電源輸出功率變化的主要原因。為了提高分布式電源的發(fā)電效率，很多機(jī)組采用了最大功率追蹤控制，而不是定功率控制，當(dāng)外界資源條件發(fā)生變化時(shí)其輸出功率必然隨之變動(dòng)。第二，不受電網(wǎng)控制的分布式電源起動(dòng)和停運(yùn)。分布式電源的起動(dòng)和停運(yùn)與自然條件、用戶需求、政策法規(guī)、電力市場(chǎng)等諸多因素有關(guān)。分布式電源的調(diào)度和運(yùn)行，往往由電源的產(chǎn)權(quán)所有者來控制，而分布式電源的產(chǎn)權(quán)所有者往往不是電網(wǎng)公司，而是用戶自己或者其它經(jīng)營(yíng)主體。這樣就可能出現(xiàn)分布式電源隨機(jī)啟停甚至頻繁起停的情況。第三，輸入能量變化及其它外界干擾。對(duì)于燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組等輸入燃料流量可控的分布式電源來說，輸入能量是基本恒定的，一般不會(huì)因?yàn)檩斎肽芰康牟▌?dòng)造成輸出功率的明顯變化。

三、分布式電源并網(wǎng)提高電能質(zhì)量的有效措施

（一）分布式電源配電網(wǎng)的安全策略

第一，在分布式電源上游出現(xiàn)永久性故障時(shí)，系統(tǒng)和分布式電源均由兩端向故障點(diǎn)提供電流，因此，需要在線路兩端設(shè)置保護(hù)裝置，并配置方向判斷元件，保證切除故障具有方向性。第二，在分布式電源上游出現(xiàn)永久性故障時(shí)，本級(jí)上游電流保護(hù)有可能拒動(dòng)，或者上游電流保護(hù)誤動(dòng)，擴(kuò)大停電范圍。需要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式重新設(shè)置整定值，保證斷路器正常動(dòng)作。第三，同一母線上其他饋線發(fā)生永久性故障時(shí)，上游斷路器的定時(shí)限電流速斷保護(hù)或過電流保護(hù)有可能誤動(dòng)，需要配置方向判別元件。第四，針對(duì)瞬時(shí)性故障的恢復(fù)，配電網(wǎng)側(cè)重合ICJ配置檢無壓裝置，分布式電源側(cè)配置檢同期裝置，在配電網(wǎng)側(cè)接入點(diǎn)確保無壓，待分布式電源與系統(tǒng)無頻差、無相角差、無電壓幅值差后投入并列。同時(shí)，分布式電源配置低壓、低頻解列裝置。第五，規(guī)劃分布式電源接入位置、運(yùn)行方式，限制接入容量，采取無功補(bǔ)償措施，抑制電壓偏差與故障電流，保證配電網(wǎng)處于正常工作狀態(tài)。

（二）自動(dòng)重合閘及并網(wǎng)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)

為盡可能降低分布式電源對(duì)電網(wǎng)造成的負(fù)面影響，其在發(fā)生擾動(dòng)脫網(wǎng)后的并網(wǎng)必須保證自身頻率與電壓恢復(fù)到正常范圍，而對(duì)于380V電壓等級(jí)的分布式電源來說，其擾動(dòng)脫網(wǎng)后的并網(wǎng)還需在恢復(fù)正常情況后進(jìn)行一定延時(shí)（一般大于20s）。值得注意的是，分布式電源擾動(dòng)脫網(wǎng)后的并網(wǎng)延時(shí)由電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)給定，電壓等級(jí)較高（如10kV～6kV）的分布式電源恢復(fù)并網(wǎng)還需要經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的允許。

（三）分布式供電恢復(fù)系統(tǒng)的應(yīng)用

分布式供電恢復(fù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包含通信網(wǎng)絡(luò)和各STU。配電網(wǎng)絡(luò)為STU提供完成供電恢復(fù)所需的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼半姎饬啃畔?，并?duì)STU的指令進(jìn)行響應(yīng)。STU作為分布式供電恢復(fù)系統(tǒng)的核心，收集并存儲(chǔ)終端安裝處的局部拓?fù)?、電氣量信息，并以?duì)等式通信的方式與相鄰終端交互所需信息，然后在這些局部信息的支撐下進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)和約束條件的求解，并與相鄰終端協(xié)作完成對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的拓?fù)渌阉骱凸╇娀謴?fù)控制。每個(gè)STU都能與其他終端進(jìn)行對(duì)等通信交互所需信息，具體可分為數(shù)據(jù)信息和指令信息兩種，數(shù)據(jù)信息用來支撐目標(biāo)函數(shù)約束條件的求解和拓?fù)渌阉?，指令信息用來控制供電恢?fù)過程。為防止因終端故障影響恢復(fù)過程，各STU可通過與相鄰終端通信獲得下級(jí)相鄰終端的拓?fù)湫畔⒆鳛閭溆谩?/p>

（四）集成保護(hù)方案

首先，在采用多點(diǎn)接入的方法將DG接入到配電網(wǎng)系統(tǒng)后，原來的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成明顯變動(dòng)，當(dāng)形成短路問題后，系統(tǒng)側(cè)與短路電流的實(shí)際供給能力形成極大的差異；相對(duì)地配電系統(tǒng)也給電源帶來了影響，因受到系統(tǒng)保護(hù)速度的影響，DG低電壓具有的穿越能力也出現(xiàn)了變動(dòng)。其次，根據(jù)當(dāng)前的配電系統(tǒng)保護(hù)需要，可以構(gòu)建綜合化的配電保護(hù)系統(tǒng)，將本地控制系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用，可以在配電系統(tǒng)的母線部位建設(shè)集成化的保護(hù)單元，利用本地信息來完成保護(hù)各種配電裝置的工作，在線路保護(hù)工作中，還可以充分使用相鄰位置電力保護(hù)單元提供的故障數(shù)據(jù)來達(dá)到保護(hù)技術(shù)應(yīng)用目的。

四、結(jié)語

總而言之，分布式電源的合理應(yīng)用能夠提高供電系統(tǒng)的運(yùn)行水平，基于其所具有的可靠性、經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中得到廣泛應(yīng)用，但需要注意的是所產(chǎn)生的負(fù)面影響也是極大的。本文主要對(duì)分布式電源并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行分析，并提出技術(shù)性的保護(hù)措施，希望能夠達(dá)到配電網(wǎng)工作的實(shí)際需求。

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