分布式電源對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響

黃 婧，謝 梟，王若昕，沈丹青，何麗娜，陳汝科，楊凱帆

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司沙洋縣供電公司，湖北沙洋 448200；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司鐘祥市供電公司，湖北鐘祥 431900）

引言

為順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展及增強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展理念，可再生能源逐漸登上了世界舞臺(tái)，越來越多的分布式電源接入了電力系統(tǒng)。但由于分布式電源發(fā)電具有隨機(jī)性，當(dāng)其接入電力系統(tǒng)時(shí)，可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的可靠性產(chǎn)生影響。

在分布式電源并網(wǎng)方面，國(guó)內(nèi)外已有較為成熟的研究。文獻(xiàn)[1,2]建立了各類分布式電源的模型；文獻(xiàn)[3]提出用蟻群算法對(duì)分布式電源并網(wǎng)進(jìn)行研究；文獻(xiàn)[4]以某配電網(wǎng)為例，計(jì)算了光伏電源并網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)。

以上述研究為基礎(chǔ)，首先闡述了分布式電源的原理，然后分別仿真計(jì)算容量對(duì)電纜網(wǎng)及架空網(wǎng)的影響。

1 分布式電源

1.1 光伏發(fā)電

單個(gè)光伏電池可視為PN節(jié)點(diǎn)，當(dāng)它被太陽(yáng)光激發(fā)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)[5,6]。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能一般不能直接供人們使用，需要通過多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和改進(jìn)[7]。

1.2 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電的原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，進(jìn)而再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躘8]。

1.3 燃料電池發(fā)電

燃料電池發(fā)電的原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[9]，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：①部分負(fù)荷時(shí)也能保持高效率；②通過與燃料供給裝置的組合，可適用寬范圍的燃料；③由于輸出功率由堆的輸出功率決定，機(jī)組容量具有自由度；④電池本體的負(fù)荷響應(yīng)性好；⑤NOX及SOX等的排出量少，有利環(huán)保。

1.4 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電

燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理如圖1所示[10]。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)原理

2 可靠性的計(jì)算

2.1 計(jì)算流程

可靠性計(jì)算的流程如圖2所示。

圖2 可靠性計(jì)算流程圖

2.2 分布式電源接入位置

在進(jìn)行可靠性計(jì)算時(shí)，需要設(shè)置分布式電源的接入位置。對(duì)電網(wǎng)模型的饋線部分進(jìn)行合理分段，如圖3、4所示。

圖3 電纜網(wǎng)分段

圖4 架空網(wǎng)分段

根據(jù)上述分段圖及線路各段的運(yùn)行特性，分別選取接入位置為電纜網(wǎng)的末端BUS4與BUS6，架空網(wǎng)的末端BUS2、BUS6與BUS9。

3 邊界條件設(shè)定

3.1 容量對(duì)可靠性的影響

電纜網(wǎng)的接入位置選擇BUS4與BUS6，則仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 容量對(duì)電纜網(wǎng)可靠性的影響

由圖5可以看出，隨著分布式電源綜合功率占后端線路負(fù)荷的比例增加，電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性持續(xù)提高，總體趨勢(shì)是積極的。與總線4相比，并入電網(wǎng)分支總線6的分布式電源具有更強(qiáng)的可靠性。造成這種現(xiàn)象的原因是，此時(shí)分布式電源是接入系統(tǒng)的末端，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以切除回路變?yōu)楣聧u，因此可以提高系統(tǒng)的可靠性。

接下來進(jìn)行容量對(duì)架空網(wǎng)影響的仿真計(jì)算，接入位置選取架空網(wǎng)的末端BUS2、BUS6與BUS9，仿真計(jì)算結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出，類似于電纜網(wǎng)絡(luò)接入，架空電網(wǎng)的可靠性隨占到后續(xù)線路負(fù)荷百分比的增加而增加，分布式電源容量的并入增長(zhǎng)，總體趨勢(shì)是積極的。其中，當(dāng)接入BUS2位置時(shí)，可靠性的提高更明顯。與接入電纜網(wǎng)相同，接入末端位置時(shí)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以切除回路變?yōu)楣聧u，因此可以提高系統(tǒng)的可靠性。

圖6 容量對(duì)架空網(wǎng)可靠性的影響

觀察圖6還可知道，當(dāng)接入容量占線路最大負(fù)荷倍數(shù)為0.47時(shí)，3個(gè)接入位置的可靠性都得到了明顯的提升，因此分布式電源的接入容量占線路最大負(fù)荷倍數(shù)應(yīng)選擇在0～0.47之間，此時(shí)可靠性提升效果最為明顯。

3.2 儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)可靠性的影響

對(duì)電纜網(wǎng)可靠性的影響進(jìn)行仿真，接入位置依舊選取在BUS6，仿真計(jì)算結(jié)果如圖7所示。通過圖7可知，隨著風(fēng)機(jī)與光伏系統(tǒng)并入容量的不斷增加，系統(tǒng)的可靠性呈明顯的正相關(guān)趨勢(shì)，如當(dāng)儲(chǔ)能電池組達(dá)到10組時(shí)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的可靠性提高至99.956 5%，光伏系統(tǒng)的可靠性提高至99.955 3%，其他組數(shù)可靠性的變化規(guī)律也一致。由此可知，儲(chǔ)能電池可以一定程度地提升電纜網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。

圖7 儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)電纜網(wǎng)可靠性的影響

對(duì)架空網(wǎng)可靠性的影響仿真，接入位置選取BUS9，仿真計(jì)算結(jié)果如圖8所示。通過圖8可知，隨著風(fēng)機(jī)與光伏發(fā)電系統(tǒng)接入容量的增加，系統(tǒng)的可靠性也隨之增大。當(dāng)儲(chǔ)能電池組為10組時(shí)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的可靠性提升至99.9153%，光伏系統(tǒng)的可靠性提升至99.9144%。由此可得，儲(chǔ)能電池組可以適當(dāng)提升架空網(wǎng)的可靠性。

圖8 儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)架空網(wǎng)可靠性的影響

4 結(jié)論

針對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響，首先闡述了各分布式電源的原理及特點(diǎn)，然后分別對(duì)接入容量、位置及儲(chǔ)能配合3個(gè)因素對(duì)可靠性的影響進(jìn)行仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，分布式電源的接入位置越靠近電網(wǎng)末端，可靠性的提升幅度越大，并且配合儲(chǔ)能設(shè)備也會(huì)提升系統(tǒng)的可靠性。