分布式電源的特性及其接入對電網的影響

文/孫華聰

能源結構不合理、能源利用率低是影響社會與環(huán)境的重要問題，分布式電源是一種小容量、可并網于電力系統(tǒng)任意位置的發(fā)電機。DG的接入位置一般在配電網用戶周圍，不但能減少電力傳輸中的功率損耗，降低配網升級費用，其可靠性、電能質量均較高。點DG的接入也會引起配網結構的改變等，本文即對DG的特性及其對電網的影響進行了論述。

1　分布式電源的特性

根據(jù)發(fā)電類型的不同，DG可分為小水電、風電、光伏發(fā)電、生物質發(fā)電等，其特點分別為：

1.1　小水電

小水電單機容量較小易于運行和維護，但調節(jié)性能較差。我國的小水電大多為徑流式電站，無庫容調節(jié)模式。受到水源影響大，發(fā)電能力存在明顯的季節(jié)性差異，不同年份的電能提供也不穩(wěn)定，系統(tǒng)負荷偏差大。

1.2　風電

風電指在風力驅動風輪旋轉，將風能轉化成機械能，然后在齒輪箱輔助下驅動發(fā)電機發(fā)電的形式。風電清潔、無污染，場地要求簡單，占地面積少，建設周期短，發(fā)電成本也較低。同時，風電也存在一定缺陷，如不能大量儲存風能，風度穩(wěn)定性不易控制，能量密度相對較小，對生態(tài)環(huán)境有一定影響，風輪機工作效率比較低，風機運行時會產生電磁噪聲以及機械噪聲等。

1.3　光伏發(fā)電

光伏發(fā)電系統(tǒng)是將“太陽能”直接轉化成“電能”的發(fā)電方式，主要包括太陽電池板、逆變器和控制器等部件。該系統(tǒng)直接由電子元件構成，不涉及機械部件，因此發(fā)電設備的壽命較長，運行更加穩(wěn)定可靠，維護也比較簡單便，清潔性能也很好。但該發(fā)電方式只能在白天獲取能量，且能量獲取受到天氣以及季節(jié)的影響較大。

1.4　生物質發(fā)電

表1：DG提供的短路電流

生物質發(fā)電形式是以散料（如谷殼、秸稈等）作為燃料，直接把生物質能發(fā)電廠當作小火電，通過鍋爐汽輪發(fā)電機進行發(fā)電。通常情況下，裝機容量為30000千瓦。但該發(fā)電技術的效率一般較低。

2　分布式電源的接入對電網穩(wěn)態(tài)運行的影響

2.1　對配電網電壓的影響

依據(jù)控制方式的不同，DG包括PQ、PV、PI、PQ（V）4個節(jié)點。其中，長期在額定工況附近運行、穩(wěn)定性強的是PQ節(jié)點；維持節(jié)點電壓幅值的DG可視為PV節(jié)點；直接并網的異步風力發(fā)電機組為PQ（V）；節(jié)點儲能系統(tǒng)可視為PI節(jié)點；。

2.1.1中壓分散接入

當DG的接入在線路末端，出力與線路負荷相等時，其抬升的電壓效果將十分明顯。根據(jù)△U=（PR+QX）/U可知，DG接入配電線路時，對節(jié)點電壓的提升＜1%，可以說電壓不是限制DG接入的因素。

2.1.2專線接入

專線接入模式只影響變壓器電壓，不影響?zhàn)伨€電壓。在該模式下，DG容量通常小于變壓器負荷的四分之一。即使變壓器負荷處于低谷，DG對電壓降落的影響也不足1%。在考慮變壓器分接頭的情況下，DG接入對配網電壓的影響甚至可以忽視。

2.2　對電網短路電流的影響

計算DG對接入電網短路電流的影響，可將DG分為旋轉型與逆變型。在DG同步電機出口短路的情況下，單位DG容量提供的短路電流約為1.3kA/MW。采用專線接入于分散接入模式的不同容量的DG提供的最大短路電流，見表1。

根據(jù)配電網技術要求，中壓短路電流一般為16kA。從表1看出，當采用中壓分散接入時，DG提供的最大短路電流為0.545kA，約占中壓短路電流限制的3%；采用專線接入時，DG提供的最大短路電流為3kA，占中壓短路電流限值的15%?？梢哉f，當DG采用中壓分散接入時，其對短路電流的影響較小。

3　對電網可靠性的影響

當發(fā)生線路故障時，DG能為用戶提供供電，這對重要的負荷而言十分關鍵，可極大的縮短年均斷電時間。同時，在DG并網的條件下，在評估配電網的可靠性時也需要考慮新的情況和影響因素。

DG孤島是影響電網可靠性的重要因素，即連接主電網的DG的任意開關跳閘，DG持續(xù)為部分負荷供電。此外，DG受外界氣候環(huán)境因素影響較大，尤其是太陽能發(fā)電與風力發(fā)電，輸出十分不穩(wěn)定，進而也會影響供電的穩(wěn)定性。

4　對其他方面的影響

4.1　諧波與電壓波動

DG采用逆變器接口時，會對饋線諧波造成一定影響，DG越接近母線，對系統(tǒng)諧波的影響就越小。DG接入對配電網電壓的影響小于1%，對電壓波動的影響較小。采用同步機接口的DG對功率調制信號的響應較慢，電壓暫降持續(xù)能力也有限。

4.2　故障定位

采用FTU故障定位隔離技術后，在故障發(fā)生時，可通過監(jiān)測任意兩點電流來推斷故障發(fā)生點，若兩點均有貨物短路電流，則兩點之間無故障。而線路中接入DG后，線路部分區(qū)段變?yōu)殡p端電源供電，以上辦法將不再可行。需要通過兩個相鄰遙測點的電流方向來尋找故障點。

4.3　保護

DG接入會增加短路電流，從而影響上下游保護的故障判斷能力。分散接入的DG隊短路電流的增量一般在0.545kA以下，對整定值影響有限，而采用專線接入的DG對整定值則影響較大。

5　結語

DG具有多種類型，各有優(yōu)缺點。DG接入后對配電網的影響有限，影響DG接入的主要因素為電網逆功率的限制。在今后的研究中，仍有必要進一步加強分布式電源的研究與利用，進而降低其對電網規(guī)劃、繼電保護、調度管理、電能質量以及電網經營的影響，做好分布式電源的規(guī)劃、協(xié)調與銜接，促進供電網絡的健康、有序運行。