分布式新能源接入對配電網(wǎng)整體運行的影響探究

【關鍵詞】分布式新能源；配電網(wǎng)；影響

前言

分布式新能源接入對配電網(wǎng)整體運行的影響是當前電力行業(yè)面臨的重要問題之一。隨著可再生能源的快速發(fā)展和廣泛應用，分布式新能源的應用范圍越來越廣泛，雖然給配電網(wǎng)整體運行帶來了挑戰(zhàn)，但同時也帶來了很多機遇。深入探究分布式新能源接入對配電網(wǎng)整體運行的影響具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值，有助于我們更好地了解分布式新能源的特性和規(guī)律，優(yōu)化配電網(wǎng)的規(guī)劃和調度，提高能源利用率，推動電力行業(yè)的長遠可持續(xù)發(fā)展。

一、分布式新能源接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)運行特性的影響

分布式新能源的接入對配電網(wǎng)運行特性產(chǎn)生了多方面的影響：

（一）對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

分布式能源（DERs）（如光伏（PV）和風能系統(tǒng)）是現(xiàn)代能源領域的創(chuàng)新技術，它們在能源供應中扮演著越來越重要的角色。這些系統(tǒng)具有獨特的優(yōu)勢，實現(xiàn)了能源利用的更高效率和可持續(xù)性。此外，當DERs的發(fā)電量超過本地需求時，它們可以向配電網(wǎng)注入電力，幫助提高系統(tǒng)的電壓水平。通過智能控制和優(yōu)化管理，DERs甚至可以在電壓過低或過高時自動提供相應的電壓支持，從而改善整個配電網(wǎng)電壓調節(jié)功能。

（二）對系統(tǒng)負荷特性的影響

分布式新能源的接入確實改變了配電網(wǎng)的負荷增長模式，也增加了負荷預測的不確定性[1]。這主要因為分布式新能源，特別是風能和太陽能，其發(fā)電功率受自然條件的影響較大。由于天氣條件的變化具有隨機性和不可預測性，因此這些新能源在功率輸出時存在較大的波動性和不確定性，這種不確定性反映在配電網(wǎng)的負荷預測上，導致預測的難度加大，從而使預測的精度降低。當大量的分布式電源接入配電網(wǎng)時，傳統(tǒng)的基于歷史數(shù)據(jù)的負荷預測方法可能無法準確反映未來的負荷變化情況。

（三）對網(wǎng)絡結構的影響

分布式新能源通常接入配電系統(tǒng)的末端，與電力用戶的用電設備直接相連，使得配電網(wǎng)的拓撲結構變得復雜。錯綜復雜的網(wǎng)絡結構無疑為尋找最優(yōu)網(wǎng)絡布置方案帶來了難度和挑戰(zhàn)。

（四）對系統(tǒng)可靠性的影響

當分布式電源作為備用電源使用時，它可以在電網(wǎng)供電能力不足的條件下發(fā)揮重要作用。通過向外送電，DERs有助于緩解配電網(wǎng)的過負荷和堵塞問題，從而增加配電網(wǎng)的裕度。這樣的運行方式可以增強配電網(wǎng)的可靠性，減少對主網(wǎng)的依賴，并在主網(wǎng)發(fā)生故障時提供電力支持。

（五）對系統(tǒng)安全的影響

分布式新能源的接入增加了配電網(wǎng)的安全風險。由于新能源發(fā)電設備大量使用電子元件，如逆變器、變頻器等，這些設備在運行過程中可能會產(chǎn)生電磁干擾。這種干擾可能對配電網(wǎng)的繼電保護裝置、自動化設備等產(chǎn)生影響，甚至可能導致其誤動作或失效。

二、分布式新能源接入對系統(tǒng)負荷預測的影響

由于分布式新能源的輸出功率受到自然條件的直接影響，其發(fā)電量的不確定性是一個顯著的問題。這種不確定性源于諸如光照強度、太陽輻射角度、云層覆蓋、風速和溫度等自然因素的變化。這些因素都是不可預測的，導致分布式新能源的發(fā)電功率輸出波動性比較大。

隨著分布式新能源接入并網(wǎng)容量的增加，負荷預測的難度也隨之增加。傳統(tǒng)的負荷預測方法基于歷史數(shù)據(jù)和趨勢分析，但在分布式新能源的情境下，這種方法的有效性受到了限制。

三、分布式新能源接入對系統(tǒng)電能質量的影響

（一）分布式新能源接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的影響

分布式新能源的接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)饋線上電壓分布的影響是一個復雜的問題，需要綜合考慮多種因素。

分布式電源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)中的同一個節(jié)點時，由于電源自身的容量比較大，同時該節(jié)點的短路容量得到增加，就會使得周圍的電壓分布不均勻，從而改變系統(tǒng)的整體電壓分布。這種情況就會導致一些區(qū)域電壓升高，而另一些區(qū)域電壓下降，影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。為了減小這種影響，可以考慮對配電網(wǎng)進行相應的改造和優(yōu)化。如重新規(guī)劃分布式電源的接入點位以及配電網(wǎng)系統(tǒng)中電源的容量，使整個系統(tǒng)電壓分布趨于平衡和穩(wěn)定；此外，還可以采取一些技術性措施，如無功補償、電壓調節(jié)等，來提高系統(tǒng)配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和可靠性。

（二）分布式新能源接入對系統(tǒng)配電網(wǎng)諧波的影響

分布式電源的并網(wǎng)轉換器在能量轉換過程中會產(chǎn)生電力諧波，這是由于電力電子設備（如逆變器）在運行時，其內(nèi)部開關器件的快速切換會引發(fā)電壓或電流的畸變，從而產(chǎn)生諧波。電力諧波會導致電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓或電流發(fā)生波形畸變，使得電力設備的正常運行受到影響，甚至可能導致設備誤動作或失效。

配電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波受到分布式電源的接入位置和接入方式影響，當其接入位置距離母線越近，那么該線路的整體諧波畸變就會越低；當其接入位置距離母線越遠，那么該線路的整體諧波畸變就會越高。究其原因是分布式電源的接入位置離母線越近，其在系統(tǒng)中所占的比例就越小，同時也就意味著其產(chǎn)生的諧波相對于整個系統(tǒng)的電流來說，所占的比例也越小，最終使得線路的整體諧波畸變降低。

分布式電源的接入改變了配電網(wǎng)的故障水平，使得配電網(wǎng)的故障處理變得更加復雜和困難。在設計和運行分布式電源接入的配電網(wǎng)時，需要充分考慮其可能帶來的各種影響，采取相應的保護措施和管理策略，以確保配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

此外，多個諧波源還可能在系統(tǒng)內(nèi)激發(fā)高次諧波的功率諧振。這不僅會進一步惡化電能質量，還可能對配電網(wǎng)系統(tǒng)造成更大的危害。規(guī)劃和管理分布式新能源時，對其接入位置和總出力的考慮是至關重要的，這直接關系到配電網(wǎng)的電壓諧波畸變和電能質量。

四、分布式新能源接入對系統(tǒng)繼電保護的影響

（一）我國配電網(wǎng)系統(tǒng)中現(xiàn)有的保護配置

電流保護：一般分為兩類，一個是電流速斷保護，另一個是定時限過電流保護。電流速斷保護的原理是通過短路電流的瞬間增大而啟動，及時切斷故障電流，以防止故障范圍進一步擴大[2]。定時限過電流保護的原理則是根據(jù)電流的大小和時間來判斷，從而有選擇性的切除故障電流，它允許一定量的過電流通過，并在達到整定值后切除故障。

電壓保護：電壓保護主要指通過合理的設計和配置，使得在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓時能夠及時檢測到，通過一系列防護措施對系統(tǒng)進行保護，保障系統(tǒng)的安全性[3]。一般將電壓保護分為兩種：內(nèi)部過電壓保護和外部過電壓保護。

欠電壓保護：當線路電壓降低到臨界電壓值時，保護電器會發(fā)出指令并及時做出切斷電源的動作，從而避免設備由于電壓過載而燒毀。

過電壓保護：主要是為了防止設備在電壓過高的情況下運行而采取的一種保護措施。當電源電壓過高時，電氣設備可能受到損壞或出現(xiàn)故障，同時可能引起火災等安全事故[4]。因此過電壓保護在整個電力系統(tǒng)中的作用非常重要。當電源電壓過高時，過電壓保護裝置可以及時切斷電源或采取其他措施，以保護電氣設備不受損壞或降低損壞程度。

重合閘裝置：當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，重合閘裝置可以在斷路器跳閘后并自動重新合閘恢復正常，它可以大大減少因電力故障導致的停電時間，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)實際需要，可以靈活選擇使用單相重合閘、三相重合閘或多次重合閘。

距離保護：距離保護是一種根據(jù)故障點到保護裝置的距離來做出動作的保護裝置，這種保護方式廣泛應用于高壓和超高壓的輸電系統(tǒng)中[5]。它通常包括三個部分：啟動元件、測量元件和比較元件。啟動元件用于檢測系統(tǒng)中的故障，并在檢測到故障時向測量元件發(fā)送信號；測量元件負責測量故障點到保護裝置的距離，并根據(jù)這一距離值判斷是否應該觸發(fā)跳閘；比較元件負責將測量元件得到的距離值與預定的整定值進行比較，如果測量到的距離大于整定值，則比較元件會觸發(fā)跳閘命令，使斷路器跳閘，從而切除故障部分。

方向保護：方向保護是根據(jù)故障電流的方向來選擇性的切除故障的裝置。它通過比較故障電流的方向與整定方向來決定是否跳閘切除故障。

自適應保護：自適應保護是一種先進的保護技術，它能夠實時地適應系統(tǒng)的變化和各種不同的故障情況，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保其始終與系統(tǒng)的實際需求相匹配。

（二）分布式新能源接入對配電網(wǎng)過電流保護的影響

過電流保護作為配電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要保護方式，主要通過檢測線路中的電流異常情況來動作，實現(xiàn)對主線路和相鄰線路的保護。在單電源放射型電網(wǎng)中，過電流保護被廣泛應用。當線路發(fā)生故障時，過電流保護能夠快速反應并切除故障，以減小故障對整個系統(tǒng)的影響。

（三）分布式新能源接入對配電網(wǎng)重合閘的影響

瞬時性故障確實在配電網(wǎng)故障中占有相當大的比例，這類故障通常是由系統(tǒng)中的瞬時性異常所引起，例如雷電、動物跨接等。這些故障通常不會對系統(tǒng)造成長期的影響，但如果不及時處理，仍可能對系統(tǒng)造成損害或導致停電。

自動重合閘技術在處理瞬時性故障中發(fā)揮著關鍵作用。當檢測到瞬時性故障時，自動重合閘能夠快速地重新閉合斷路器，嘗試恢復供電。自動重合閘技術在單側電源供電的單回線路環(huán)境中發(fā)揮的功效更為突出。由于這種線路結構相對簡單，自動重合閘可以更加快速地響應并嘗試恢復供電。此外，單回線路中如果發(fā)生故障，可能會導致整個線路的停電，此時自動重合閘的應用可以顯著減少停電的次數(shù)和持續(xù)時間。

當配電網(wǎng)中接入分布式新能源，如光伏、風電等，線路的故障特性會發(fā)生變化，從而對自動重合閘技術產(chǎn)生新的挑戰(zhàn)。分布式新能源的接入可能會在系統(tǒng)故障后形成電力孤島。這些孤島與大電網(wǎng)失去聯(lián)系，并且它們的電壓和頻率可能會與大電網(wǎng)不同步。如果在這種情況下進行非同期重合閘操作，即嘗試將孤島重新連接到大電網(wǎng)，可能會產(chǎn)生很大的沖擊電流或電壓。這種沖擊不僅可能損壞配電網(wǎng)設備，還可能對分布式新能源設備造成嚴重損害。

五、分布式新能源接入對運行控制的影響

（一）對自動重合閘的影響

分布式新能源的接入使得線路中一直存在有壓狀態(tài)，這可能導致自動重合閘無法啟動。為了解決這個問題，可以采用具有電壓感知功能的自動重合閘裝置，當線路電壓低于一定值時才啟動重合閘，以確保在有壓狀態(tài)下不會誤動作。

（二）對備自投裝置的影響

當分布式新能源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)中后，如果系統(tǒng)中存在母線電壓，那么備自投裝置就可能無法滿足一種無電壓、無電流的環(huán)境條件，從而導致備自投裝置拒動。為了解決這個問題，配置低周、低壓解列裝置不失為一種有效措施，它們能夠在發(fā)生故障之后及時切斷分布式電源對于故障點的電流輸送，從而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定。

（三）對調度運行管理的影響

分布式新能源的接入使得配電網(wǎng)的結構和運行方式變得更加復雜，給調度運行管理帶來了挑戰(zhàn)。由于分布式電源的分散性和不確定性，調度人員難以實時監(jiān)控其運行狀態(tài)，也難以預測其對配電網(wǎng)的影響。這可能導致調度決策的延遲或誤判，影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

結語

大規(guī)模分布式新能源的接入對配電網(wǎng)的負荷預測、潮流計算、保護整定和配置、調頻、調壓和調峰等方面都帶來了影響和挑戰(zhàn)。為了充分發(fā)揮分布式新能源的優(yōu)勢，需要深入研究其特性，優(yōu)化調度策略，加強設備維護和改造，以確保配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。同時，也需要加強政策引導和市場機制建設，促進分布式新能源的健康發(fā)展。