含分布式電源配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響因素

張超冉

摘要：分布式電源（Distributed Generation，DG），是指某些中小型發(fā)電裝置以分散的形式安裝在用戶側(cè)附近，其既可獨(dú)立于公共電網(wǎng)直接為少量用戶供電，也可以接入配電網(wǎng)系統(tǒng)，與公共電網(wǎng)一起同為用戶供電。分布式發(fā)電是以資源和環(huán)境效益最大化，以能源利用效率最優(yōu)化為目標(biāo)確定安裝位置及容量的新型能源系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：分布式電源;配電運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn);影響因素

前言

由于光伏，風(fēng)電這種清潔型分布式能源發(fā)電的不穩(wěn)定性接入配電網(wǎng)后會(huì)造成復(fù)雜多樣的不良影響，因此提出綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，提高含分布式電源配網(wǎng)運(yùn)行的可觀性和可控性，探究分布式電源對(duì)配電網(wǎng)可靠性影響，提出可靠性評(píng)估方法是解決此類問(wèn)題的重要手段?；诰€路過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、母線低電壓風(fēng)險(xiǎn)、負(fù)荷點(diǎn)停電風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其進(jìn)行加權(quán)，提出一種加權(quán)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，進(jìn)而分析不同類型分布式電源對(duì)配網(wǎng)綜合風(fēng)險(xiǎn)的影響。為分布式電源的運(yùn)行管理提供必要的技術(shù)手段，提高了分布式電源的利用效率和配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

1含分布式電源配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響因素

隨著分布式發(fā)電技術(shù)水平的不斷提高，電網(wǎng)與分布式電源相結(jié)合的發(fā)電方式將越來(lái)越具有明顯優(yōu)勢(shì)，與以化石燃料的集中式發(fā)電方式相比，該發(fā)電方式在污染處理方面的費(fèi)用將大大降低，這極大提高了分布式發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。將分布式發(fā)電技術(shù)引入電力系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)有：

（1）節(jié)約能源與投資：傳統(tǒng)供電模式需要由電網(wǎng)傳輸并分配電能，超高壓電網(wǎng)輸電效率雖高，但也會(huì)產(chǎn)生部分損耗，且從超高壓電網(wǎng)到用戶端需經(jīng)過(guò)多次降壓變換，每一次經(jīng)過(guò)變壓器都將導(dǎo)致?lián)p耗的增加，而分布式電源及其配套的儲(chǔ)能系統(tǒng)一般安裝在負(fù)荷附近，在輸送電能過(guò)程中電能損耗將比通過(guò)遠(yuǎn)距離輸電輸送同等容量電能時(shí)的損耗要小，因此分布式電源及其儲(chǔ)能系統(tǒng)的合理優(yōu)化配置可以降低配電網(wǎng)的損耗。同時(shí)使用風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿忍烊豢稍偕Y源的分布式電源將不必考慮能源枯竭的問(wèn)題。

（2）提高供電可靠性：電力系統(tǒng)發(fā)生故障或受到自然災(zāi)害等導(dǎo)致停電時(shí)，對(duì)供電可靠性要求較高的用戶，分布式電源可作為緊急備用電源能夠及時(shí)啟動(dòng)，形成“孤島”獨(dú)立供電，維持基本電力供應(yīng)，保障重要負(fù)荷的需求，減少故障停電所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，為之后的排查故障原因、故障修復(fù)工作贏得時(shí)間。

（3）對(duì)負(fù)荷起調(diào)峰作用：電網(wǎng)的用電高峰會(huì)對(duì)供電線路及發(fā)電廠帶來(lái)很大的壓力，而在電網(wǎng)中接入分布式電源后，可由分布式電源在用電高峰時(shí)期向部分負(fù)荷供電，這在很大一方面緩解了傳統(tǒng)供電方式的壓力。分布式電源的儲(chǔ)能系統(tǒng)也對(duì)這一問(wèn)題有一定的緩解作用，它可以在電網(wǎng)負(fù)荷率較低時(shí)將電源多余的電能儲(chǔ)存下來(lái)，而在負(fù)荷高峰時(shí)回饋給電網(wǎng)以滿足電網(wǎng)功率需求。

（4）為偏遠(yuǎn)山區(qū)供電：我國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)的地理?xiàng)l件較為復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)、科技相對(duì)落后、負(fù)荷較少且相對(duì)分散，如采用集中供電方式則需要大量的投資經(jīng)費(fèi)和長(zhǎng)時(shí)間的建設(shè)周期，十分不經(jīng)濟(jì)。而在風(fēng)能、生物質(zhì)能相對(duì)豐富的農(nóng)村，充分利用分布式發(fā)電技術(shù)能為當(dāng)?shù)鼐用窆?yīng)電能提供了便利的條件。

少量的分布式電源接入不會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響，然而隨著分布式發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，分布式電源在配電網(wǎng)中所占的份額不斷上升，分布式電源接入將會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響。具體表現(xiàn)如下所述：

（1）分布式電源對(duì)系統(tǒng)潮流的影響：配電網(wǎng)接入分布式電源后，分布式電源將可能使配電網(wǎng)的系統(tǒng)潮流模式發(fā)生變化并使得配電網(wǎng)潮流難以預(yù)測(cè)。若允許分布式電源向配電網(wǎng)回饋電能，根據(jù)分布式電源與負(fù)荷之間的位置和容量關(guān)系，線路潮流可能發(fā)生不同變化，當(dāng)分布式電源的輸出功率大于當(dāng)前饋線的負(fù)荷容量時(shí)，部分饋線甚至系統(tǒng)整個(gè)潮流可能會(huì)完全反向。這種反向的潮流模式將會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生許多不利影響，如潮流方向的改變使得電壓調(diào)整難以進(jìn)行，配電網(wǎng)的電壓調(diào)整裝置難以維持。

（2）分布式電源對(duì)系統(tǒng)安全性及可靠性的影響：分布式電源接入配電網(wǎng)中，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生許多不確定性的影響，對(duì)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行既可能產(chǎn)生正面的作用，也可能產(chǎn)生負(fù)面的影響，應(yīng)該根據(jù)具體實(shí)際情況來(lái)確定。在正確的位置安裝合適容量的分布式電源，可以發(fā)揮調(diào)節(jié)、穩(wěn)定電壓的優(yōu)勢(shì)，對(duì)電力系統(tǒng)的電壓起到支撐作用;有些分布式電源具有低電壓穿越能力，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候仍繼續(xù)向用戶供電，進(jìn)而可以緩解電壓驟降、提高系統(tǒng)對(duì)電壓的調(diào)節(jié)能力。

（3）分布式電源對(duì)電能質(zhì)量的影響：在現(xiàn)有配電網(wǎng)系統(tǒng)中，負(fù)荷隨時(shí)間的變化而變化，這將會(huì)引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)，且越靠近負(fù)荷端，電壓波動(dòng)的幅度越大。當(dāng)分布式電源輸出功率與負(fù)荷不能保持同方向的增減時(shí)，電壓波動(dòng)將更加劇烈。一些分布式發(fā)電機(jī)組通過(guò)逆變器并入電網(wǎng)，而逆變器中的電力電子開(kāi)關(guān)器件通常需要頻繁的開(kāi)通和關(guān)斷，這將會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波分量，產(chǎn)生一定的諧波污染。

2分布式電源接入配電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

2.1狀態(tài)采樣

采用狀態(tài)釆樣方法能夠合理準(zhǔn)確分析出系統(tǒng)中所有元件狀態(tài)的組合的方法，可以精確地綜合地評(píng)估到每一種狀態(tài)影響的風(fēng)險(xiǎn)后果。本文采用的是模擬法（蒙特卡羅方法），基于對(duì)模型或觀察過(guò)程進(jìn)行抽樣實(shí)驗(yàn)，搭建的概率模擬參數(shù)等于問(wèn)題的解，統(tǒng)計(jì)所求參數(shù)的特征，得到問(wèn)題的相似解，該方法很好的解決了解析法計(jì)算量大的問(wèn)題。

2.2配電網(wǎng)供電安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

（1）首先需要將原始數(shù)據(jù)輸入。主要涉及到了元件停運(yùn)率、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù);元件磨損期，磨合期的相關(guān)參數(shù)以及天氣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。此外還有元件惡劣天氣和良好天氣下的故障率風(fēng)機(jī)以及光伏模型參數(shù)。

（2）系統(tǒng)狀態(tài)抽樣包括元件狀態(tài)抽樣、風(fēng)速和光照強(qiáng)度抽樣、分布式電源狀態(tài)抽樣，反孤島設(shè)備狀態(tài)抽樣。

（3）系統(tǒng)狀態(tài)分析。如果分布式電源與部分負(fù)荷形成非計(jì)劃孤島形成非計(jì)劃孤島，根據(jù)非計(jì)劃孤島算法劃分非計(jì)劃孤島區(qū)域，計(jì)算非計(jì)劃孤島區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)潮流，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)各支路過(guò)負(fù)荷、各母線電壓越限情況。

2.3不同分布式電源類型對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響

本文采用IEEE69節(jié)點(diǎn)輻射狀配電網(wǎng)作為算例。對(duì)于69節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，需要接入微型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)、光伏電源各五臺(tái)，具體為7、20、31、48、67節(jié)點(diǎn)。各分布式電源額定出力的比值分別為2：3：1：3：1。探究滲透率分別為0.15、0.25、0.35、0.45、0.6時(shí)，分布式電源對(duì)系統(tǒng)的影響。仿真時(shí)間為30年。由于仿真中涉及隨機(jī)變量，結(jié)果存在不確定性，因此采用仿真9次求取平均值作為仿真結(jié)果。

在69節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)接入5臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)母線過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)最高，且風(fēng)險(xiǎn)值隨分布式電源滲透率提高所增長(zhǎng)的速度最快。當(dāng)滲透率為60%時(shí)達(dá)到最高為3.5。在分布式電源滲透率逐漸提高過(guò)程中電壓最穩(wěn)定的為5臺(tái)光伏電源接入下的情況，整體風(fēng)險(xiǎn)值偏低且增長(zhǎng)速度最慢。當(dāng)滲透率為60%時(shí)達(dá)到最高為0.22。從不同類型的分布式電源來(lái)看，風(fēng)電接入下系統(tǒng)的過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)低，光伏與微型燃?xì)廨啓C(jī)則始終處于較高位置。

風(fēng)機(jī)為PQ節(jié)點(diǎn)，對(duì)電壓無(wú)控制作用，其電壓僅與饋線壓降有關(guān)，隨著傳輸功率增高，饋線流過(guò)的逆功率大幅抬升上級(jí)系統(tǒng)至電源點(diǎn)間節(jié)點(diǎn)電壓，使得風(fēng)機(jī)接入下的系統(tǒng)過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于其他分布式電源。光伏有功出力存在隨機(jī)性，總體出力小于燃?xì)廨啓C(jī)，所帶負(fù)荷較少，更多負(fù)荷需要通過(guò)上級(jí)系統(tǒng)供電，造成了系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)較高。

3接納能力預(yù)警分析

分布式電源節(jié)點(diǎn)主要為PV節(jié)點(diǎn)和PQ節(jié)點(diǎn)，分別將配網(wǎng)中五個(gè)分布式電源全部設(shè)置為PQ節(jié)點(diǎn)或PV節(jié)點(diǎn)，分析可知：透率下，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)DG節(jié)點(diǎn)全部為PV節(jié)點(diǎn)時(shí)，過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)降低。PV節(jié)點(diǎn)類型DG給定值是DG輸出有功和電壓幅值，這類分布式電源一般有足夠的可調(diào)無(wú)功容量，用來(lái)維持節(jié)點(diǎn)電壓恒定在給定值。所以PV類型的DG也相當(dāng)于向系統(tǒng)注入了一定的有功和無(wú)功，對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓有一定的支撐作用，節(jié)點(diǎn)電壓越限的可能性降低。PV類型DG注入的無(wú)功由維持電壓所需的無(wú)功量決定，當(dāng)無(wú)功量大于一定限值（QMAX=0.2），則按照最大限值輸出。相比較于PQ類型DG，PV類型的DG會(huì)注入較多的無(wú)功，在有功相同的時(shí)，配網(wǎng)線路傳入的容量增大，則過(guò)負(fù)荷嚴(yán)重度增加。

4結(jié)論

基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法采用IEEE69節(jié)點(diǎn)輻射狀配電網(wǎng)作為算例，分析不同類型分布式電源對(duì)配網(wǎng)綜合風(fēng)險(xiǎn)的影響，計(jì)算線路過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、母線電壓越限風(fēng)險(xiǎn)以及負(fù)荷點(diǎn)停電風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)三種風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)，最后通過(guò)配電網(wǎng)對(duì)不同類型分布式電源的接納能力預(yù)警分析實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

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