分布式電源接入配電網(wǎng)時存在的問題分析

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，當接入配電網(wǎng)時會對電網(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)定性和運行調(diào)度等方面研究其存在的問題，并針對電壓穩(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，特點是集中發(fā)電，遠距離傳輸并形成電網(wǎng)的互聯(lián)，但缺點是能源有限且污染嚴重。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，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，而且還能實現(xiàn)能源優(yōu)化，減少環(huán)境污染。隨著科技的進步，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)代社會發(fā)展分布式電源應(yīng)用趨勢越來越明顯，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的電源，其靠近負荷中心，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，尤其是對電網(wǎng)的不良影響。

首先，電網(wǎng)的逆功率限制。對于中壓分散接入模式，考慮負荷峰谷差因素，需要在分布式電源出力為額定功率且饋線負荷為其谷值時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)小于饋線負荷的谷值。其次，對配電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響。分布式電源類似一個個小型發(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)要求的完備和先進的遙測和遙控設(shè)施。該系統(tǒng)一旦發(fā)生事故不能及時斷開，潮流倒送到電網(wǎng)，將對局部電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性將會受到一定程度的影響和削弱。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護系統(tǒng)是基于放射狀的基礎(chǔ)上設(shè)計的，接入分布式電源需要考慮多個電源供電方向。雖然分布式電源的接入將對并網(wǎng)點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，下級電網(wǎng)有可能會向上級電網(wǎng)送電，配電網(wǎng)本身的電壓分布也將有所變化;同時，還會增大并網(wǎng)點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)過電流保護也會受到影響。這些均將對配電網(wǎng)的管理產(chǎn)生一定的影響。

2 分布式電源對電網(wǎng)繼電保護的影響

分布式電源下游線路發(fā)生永久性故障時，分布式電源供應(yīng)的故障電流可能會使其下游保護的保護范圍擴大到下一段線路，失去選擇性;同時會導(dǎo)致分布式電源上游保護的保護范圍減小。分布式電源上游線路發(fā)生永久性故障時，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快速動作隔離故障點。其它饋線發(fā)生永久性故障時，對于分布式電源所在饋線的上游保護而言，分布式電源向上游供出的故障電流有可能會引起上游定時限電流速斷保護和過電流保護的誤動作。

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

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

3 分布式電源對配電網(wǎng)自動重合閘以及電能質(zhì)量的影響

配電網(wǎng)的故障大多是瞬時性故障，重合閘的應(yīng)用對提高系統(tǒng)供電可靠性，減少電網(wǎng)維護工作量有著相當重要的作用。在輻射式配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，重合閘在迅速恢復(fù)瞬時性故障線路供電時，不會對配電系統(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提供故障電流，當重合閘進行重合時，由于電網(wǎng)電源的作用，可能引起故障電流躍變，引起故障點電弧重燃，導(dǎo)致絕緣擊穿，進一步擴大事故。

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

傳統(tǒng)的電網(wǎng)發(fā)電計劃，尤其是日發(fā)電計劃，主要依賴于負荷的精準預(yù)測，分布式電源所發(fā)出的電能往往能就地平衡掉當?shù)氐哪承┴摵?。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，使得整個電網(wǎng)的負荷總量具有了更多的時變性和隨機性，從而給電網(wǎng)的發(fā)電計劃的制訂帶來較大的難度。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)因為處于相對平穩(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，使得沿饋線的各負荷節(jié)點處的電壓有所提高。分布式電源鏈接后，因為用戶一側(cè)出現(xiàn)了電源，對以往的穩(wěn)態(tài)電壓分布會發(fā)生變化。例如：風(fēng)電場并網(wǎng)運行過程中，系統(tǒng)將出現(xiàn)無功變化，對系統(tǒng)電壓帶來干擾，同時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，其會根據(jù)自身的需要啟動和停運可能使配電網(wǎng)的電壓經(jīng)常發(fā)生波動。分布式電源的頻繁啟動會使配電線路上的負荷潮流變化大，從而加大電壓調(diào)整的難度，調(diào)整不當會使電壓超標。分布式電源的引入會產(chǎn)生電源閃變，因為分布式電源的啟動和停運與自然條件、用戶需求等因素有關(guān)，其不規(guī)則啟動、停運會導(dǎo)致輸出功率波動，從而造成配電網(wǎng)的電源閃變;分布式電源與配電網(wǎng)負荷的不協(xié)調(diào)運行，也會引起電壓閃變。

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，促進經(jīng)濟和社會可持續(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。

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（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)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）