分布式電源接入配電網(wǎng)時(shí)存在的問題分析

趙漢超 趙文超

摘要：分布式電源具有靈活性和安全性。但分布式電源受環(huán)境因素影響較大，發(fā)電具有間歇性和不確定性，當(dāng)接入配電網(wǎng)時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全性和可靠性帶來威脅。本文主要從分布式電源接入配電網(wǎng)的電壓、電網(wǎng)穩(wěn)定性和運(yùn)行調(diào)度等方面研究其存在的問題，并針對(duì)電壓穩(wěn)定性問題做深入分析。

關(guān)鍵詞：分布式電源;配電網(wǎng)規(guī)劃;電網(wǎng)穩(wěn)定性

目前，我國主要的發(fā)電形式是火力發(fā)電，而火力發(fā)電的主要能源是煤炭，特點(diǎn)是集中發(fā)電，遠(yuǎn)距離傳輸并形成電網(wǎng)的互聯(lián)，但缺點(diǎn)是能源有限且污染嚴(yán)重。而以水能、風(fēng)能、太陽能等為代表的分布式電源具有清潔、可再生的特點(diǎn)，不僅可以解決常規(guī)能源無法解決的問題，滿足局部電力需求，而且還能實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化，減少環(huán)境污染。隨著科技的進(jìn)步，分布式電源廣泛的應(yīng)用，可以提高特定地區(qū)供電的安全性與可靠性，因而現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展分布式電源應(yīng)用趨勢(shì)越來越明顯，但是也給電力系統(tǒng)帶來了多種問題。

1 分布式電源發(fā)電帶來的問題

分布式電源一般為35千伏以下電壓等級(jí)的電源，其靠近負(fù)荷中心，減小了電能傳輸?shù)膿p耗和電網(wǎng)規(guī)劃的成本，減少了化石能源的消耗，具有靈活性和安全性。分布式電源發(fā)電也帶來了較多的問題，尤其是對(duì)電網(wǎng)的不良影響。

首先，電網(wǎng)的逆功率限制。對(duì)于中壓分散接入模式，考慮負(fù)荷峰谷差因素，需要在分布式電源出力為額定功率且饋線負(fù)荷為其谷值時(shí)依然能夠滿足不出現(xiàn)逆潮流的限制，否則將影響其他饋線的分布式電源接入。因此，接入分布式電源的最大出力應(yīng)小于饋線負(fù)荷的谷值。其次，對(duì)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響。分布式電源類似一個(gè)個(gè)小型發(fā)電廠，千差萬別、不同形式的并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備并接在電網(wǎng)上，進(jìn)一步增加了電網(wǎng)的技術(shù)復(fù)雜性，成倍地增加了調(diào)度難度。小型分布式電源也沒有像大型發(fā)電廠一樣建有符合電網(wǎng)要求的完備和先進(jìn)的遙測(cè)和遙控設(shè)施。該系統(tǒng)一旦發(fā)生事故不能及時(shí)斷開，潮流倒送到電網(wǎng)，將對(duì)局部電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性將會(huì)受到一定程度的影響和削弱。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)是基于放射狀的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，接入分布式電源需要考慮多個(gè)電源供電方向。雖然分布式電源的接入將對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)附近用戶的供電可靠性有所提升，但由于分布式電源本身故障的概率性和出力的隨機(jī)性，也將在一定程度上降低系統(tǒng)的供電可靠性。另外，分布式電源接入中低壓配電網(wǎng)，將使得傳統(tǒng)的配網(wǎng)輻射狀結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，潮流的大小和方向都將發(fā)生改變，下級(jí)電網(wǎng)有可能會(huì)向上級(jí)電網(wǎng)送電，配電網(wǎng)本身的電壓分布也將有所變化;同時(shí)，還會(huì)增大并網(wǎng)點(diǎn)附近的短路電流水平。此外，分布式電源的并網(wǎng)和控制需要使用大量的電力電子器件，器件頻繁的開通和關(guān)斷易產(chǎn)生相應(yīng)的諧波分量，以及由于短路電流的變化，原有的電網(wǎng)過電流保護(hù)也會(huì)受到影響。這些均將對(duì)配電網(wǎng)的管理產(chǎn)生一定的影響。

2 分布式電源對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

分布式電源下游線路發(fā)生永久性故障時(shí)，分布式電源供應(yīng)的故障電流可能會(huì)使其下游保護(hù)的保護(hù)范圍擴(kuò)大到下一段線路，失去選擇性;同時(shí)會(huì)導(dǎo)致分布式電源上游保護(hù)的保護(hù)范圍減小。分布式電源上游線路發(fā)生永久性故障時(shí)，希望故障線路的兩側(cè)均斷開以切除故障。但分布式電源供出的電流并不能使其上游的電流速斷保護(hù)快速動(dòng)作隔離故障點(diǎn)。其它饋線發(fā)生永久性故障時(shí)，對(duì)于分布式電源所在饋線的上游保護(hù)而言，分布式電源向上游供出的故障電流有可能會(huì)引起上游定時(shí)限電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)的誤動(dòng)作。

分布式電源并網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致大量電力電子裝置應(yīng)用到系統(tǒng)中，對(duì)其進(jìn)行操作會(huì)引起電網(wǎng)電流和電壓波形畸變，造成電網(wǎng)污染。

大系統(tǒng)停電時(shí)，有些分布式電源的燃料會(huì)中斷，或供給分布式電源的輔機(jī)電源會(huì)失去，分布式電源同時(shí)停運(yùn)，仍無法提供電可靠性。分布式電源與配電網(wǎng)的繼電保護(hù)配合不好，可能使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，反而使可靠性降低。不適當(dāng)?shù)陌惭b地點(diǎn)容量和連接方式，都會(huì)使配電網(wǎng)可靠性變差。

3 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)重合閘以及電能質(zhì)量的影響

配電網(wǎng)的故障大多是瞬時(shí)性故障，重合閘的應(yīng)用對(duì)提高系統(tǒng)供電可靠性，減少電網(wǎng)維護(hù)工作量有著相當(dāng)重要的作用。在輻射式配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，重合閘在迅速恢復(fù)瞬時(shí)性故障線路供電時(shí)，不會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生任何沖擊和破壞。接入分布式電源的配電網(wǎng)，故障發(fā)生后，分布式電源仍可能向故障點(diǎn)提供故障電流，當(dāng)重合閘進(jìn)行重合時(shí)，由于電網(wǎng)電源的作用，可能引起故障電流躍變，引起故障點(diǎn)電弧重燃，導(dǎo)致絕緣擊穿，進(jìn)一步擴(kuò)大事故。

配電網(wǎng)中大量的繼電保護(hù)裝置早已存在，不可能為了新增的分布式電源而做大量改動(dòng)，分布式電源必須與之配合并適應(yīng)它。當(dāng)分布式電源的功率注入電網(wǎng)時(shí)，流過保護(hù)裝置的故障電流可能增大也可能減小。它將改變保護(hù)的保護(hù)范圍和靈敏度，給各個(gè)保護(hù)裝置的相互配合帶來問題。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃，尤其是日發(fā)電計(jì)劃，主要依賴于負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，分布式電源所發(fā)出的電能往往能就地平衡掉當(dāng)?shù)氐哪承┴?fù)荷。由于分布式電源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量受自然因素影響顯著，使得整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)荷總量具有了更多的時(shí)變性和隨機(jī)性，從而給電網(wǎng)的發(fā)電計(jì)劃的制訂帶來較大的難度。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)因?yàn)樘幱谙鄬?duì)平穩(wěn)、安全的工作狀態(tài)，電壓自饋線潮流方向不斷降低。接入分布式電源后，在穩(wěn)態(tài)情況下，由于饋線上的傳輸功率減少及分布式電源輸出的無功支持，使得沿饋線的各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓有所提高。分布式電源鏈接后，因?yàn)橛脩粢粋?cè)出現(xiàn)了電源，對(duì)以往的穩(wěn)態(tài)電壓分布會(huì)發(fā)生變化。例如：風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行過程中，系統(tǒng)將出現(xiàn)無功變化，對(duì)系統(tǒng)電壓帶來干擾，同時(shí)以逆變模式同配電網(wǎng)鏈接容易引發(fā)不穩(wěn)定電壓等。

由于分布式電源是由用戶來控制的，其會(huì)根據(jù)自身的需要啟動(dòng)和停運(yùn)可能使配電網(wǎng)的電壓經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)。分布式電源的頻繁啟動(dòng)會(huì)使配電線路上的負(fù)荷潮流變化大，從而加大電壓調(diào)整的難度，調(diào)整不當(dāng)會(huì)使電壓超標(biāo)。分布式電源的引入會(huì)產(chǎn)生電源閃變，因?yàn)榉植际诫娫吹膯?dòng)和停運(yùn)與自然條件、用戶需求等因素有關(guān)，其不規(guī)則啟動(dòng)、停運(yùn)會(huì)導(dǎo)致輸出功率波動(dòng)，從而造成配電網(wǎng)的電源閃變;分布式電源與配電網(wǎng)負(fù)荷的不協(xié)調(diào)運(yùn)行，也會(huì)引起電壓閃變。

4 結(jié)語

布式電源作為一種依托于新能源發(fā)展起來的發(fā)電模式，能夠積極優(yōu)化調(diào)節(jié)供電結(jié)構(gòu)，是我國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，履行碳排放承諾，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。為充分接納分布式電源，協(xié)調(diào)電網(wǎng)與其之間在可控性、通用性的矛盾，發(fā)揮分布式電源為電網(wǎng)和用戶帶來的價(jià)值和效益，研究分布式電源并網(wǎng)技術(shù)，做好規(guī)劃的銜接具有積極的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李允昭，黃凈，柏青，俞海猛.分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)電壓影響分析及其無功優(yōu)化[J].電子設(shè)計(jì)工程，2019（24）.

[2] 宋平凡，佟勝偉，段森園.新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析[J].通信電源技術(shù)，2019（12）.

[3] 田軍強(qiáng).新能源發(fā)電與分布式發(fā)電及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].通信電源技術(shù)，2019（12）.

（作者單位：1.山東理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院;

2.山東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）