含分布式電源的配電網可靠性分析

李波

摘要：文章針對分布式電源接入配電網后，對配電網的結構以及供電可靠性評估模型所帶來的變化。根據(jù)分布式電源的特點，討論了分布式發(fā)電對配電網電壓、繼電保護和規(guī)劃產生的影響。研究了分布式電源的可靠性模型，并分析了故障時配電網可能會出現(xiàn)的含有DG的孤島運行方式。

關鍵詞：配電網；分布式電源；繼電保護；系統(tǒng)指標

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0125-02

1 概述

分布式發(fā)電（D1istributed Generation）在改善電網可靠性方面有重要作用。DG具有安裝靈活、供電方便、環(huán)保等特點，被廣泛應用于配電網中。隨著DG接入配電網，配電網從一個輻射式的網絡變?yōu)橐粋€遍布電源與用戶互聯(lián)的網絡，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，以孤島的形式繼續(xù)為用戶供電，保證了供電的連續(xù)性，大大地提高了供電的可靠性。

本文從分布式發(fā)電技術的特點入手，分析了DG對配電網的電壓、繼電保護、規(guī)劃方面的影響。重點討論了DG的可靠性模型，分析了含DG的配電網的孤島運行，通過算例證明DG合理接入配電網可以提高配電網的供電可靠性。

2 分布式電源對配電網的影響

2.1 分布式發(fā)電技術

分布式發(fā)電指的是通過規(guī)模不大、分布在負荷附近的發(fā)電設施實現(xiàn)經濟、高效、可靠的發(fā)電。面對目前人均用電量的不斷增長，很多地區(qū)都受到短時停電的威脅，很多大型用戶和商業(yè)中心都采用先進的DG技術來保證自身的不間斷供電。

2.2 分布式電源對配電網的影響

2.2.1 對電壓的影響。電壓維持在規(guī)定范圍內才能保證電能質量。DG的接入會對配電網饋線上的電壓分布產生重大影響。同樣滲透率的DG集中在同一節(jié)點，對電壓的支持效果要弱于分布在多個節(jié)點上。穩(wěn)態(tài)情況下，沿饋線的各負荷節(jié)點處的電壓被抬高。

2.2.2 對繼電保護的影響。DG接入配電網后，故障發(fā)生時為確保保護裝置正確動作，應切斷電網中的DG。在架空線和地下電纜的混合線路中切斷DG，變壓器空載運行，電纜對地電容與變壓器的線圈發(fā)生鐵磁諧振，產生不規(guī)則的高電壓、大電流，嚴重威脅線路的電力設備。

2.2.3 對配電網規(guī)劃的影響。DG的出現(xiàn)會使電力系統(tǒng)的負荷預測、規(guī)劃和運行與過去相比有更大的不確定性，增加了配電網規(guī)劃的復雜性，改變了配電網的結構和運行特性，為維護電網的安全、穩(wěn)定運行，有必要將布式電源單元集成到現(xiàn)有的配電網中，使DG接受統(tǒng)一調度。

3 含分布式電源的配電網可靠性分析

3.1 分布式電源的可靠性模型討論

3.1.1 將DG作為普通的配網變電站考慮。這種模型下當某段饋線發(fā)生故障時，通過斷路器跳閘將故障段隔離，而在系統(tǒng)中原來與DG相連的部分可由DG繼續(xù)供電。這種模型對配網可靠性的提高很大，但實際應用價值不大。

3.1.2 將DG作為等值發(fā)電機考慮。這種模型由于其功率輸出穩(wěn)定，保持不變，可能會出現(xiàn)負荷會超過DG所能提供的功率的情況，為了確保孤島內電力的供需平衡，保證形成的孤島運行穩(wěn)定，須對配網進行孤島劃分。這種模型只能夠提高孤島內負荷點的風險水平。

3.1.3 本文將DG的可靠性模型分類為三種，即將DG作為普通的配網變電站考慮，將DG作為等值發(fā)電機考慮，將DG作為隨機電源考慮。

3.1.4 將DG作為隨機電源考慮。這種模型除了額定功率輸出外，還有多個非額定運行狀態(tài)，需要考慮其形成孤島的概率問題，一般由歷史負荷和DG的功率輸出數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到。此種模型比較符合常見DG的實際情況。

3.2 含分布式電源的配電網孤島運行

當配電網發(fā)生故障，用戶失去電源時，如果可以用DG頂替，則能夠繼續(xù)向重要負荷供電，從而改善配電網供電可靠性。包含DG的供電網與主配電網分離后，仍能繼續(xù)向部分負荷供電，則此包含DG的供電網稱之為孤島。孤島這種新的運行方式可以減小停電面積，提高配電網的供電可靠性。

3.3 含分布式電源的配電網可靠性指標

按照評估對象的不同，配電網的可靠性指標可分為負荷點指標和系統(tǒng)指標。

負荷點指標描述的是單個負荷點的可靠度，主要包含平均故障率、停運持續(xù)時間和平均停運時間這三個指標。它們都是一種概率指標，反映在某種概率分布下的期望值。

4 算例分析

4.1 不含DG的系統(tǒng)可靠性指標求解

根據(jù)指標的物理意義，表中的配電網系統(tǒng)可靠性指標值越小，配電網的可靠性越高。有表3可以明顯看到，在原來的3節(jié)點配電網系統(tǒng)中接入DG后，用戶停電總持續(xù)時間（CID）、用戶平均停電時間（AIHC）、供電不可用率（SU）、故障平均停電持續(xù)時間（AID）指標都減小了，說明系統(tǒng)整體的可靠性有了顯著的提高。證明在配電網中合理接入DG后，可以提高配電網的供電可靠性。

5 結語

本文分析了分布式發(fā)電對配電網電壓、繼電保護和規(guī)劃方面的影響，著重分析了配電網故障后，DG的接入對配電網可靠性的影響。在傳統(tǒng)的配電網中加入DG后，原來的單一電源點給饋線供電的網絡，變?yōu)橐粋€多電源與用戶相連的配電網絡，故障時配電網可能會出現(xiàn)含有DG的孤島運行方式。通過算例表明，DG合理接入配電網后，可以提高配電網的供電可靠性。

參考文獻

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（責任編輯：劉 晶）