分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響探究

吳昊霖

摘要：分布式電源在配電網(wǎng)方面缺乏相應(yīng)的支撐技術(shù)，文章研究了各類分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行造成的影響，針對(duì)其結(jié)果，從分布式電源的運(yùn)行以及接口進(jìn)行分析，從而得到不同影響的原因；針對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)造成影響條件的不同，對(duì)影響進(jìn)行可靠性評(píng)估，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；可靠性評(píng)估；解決措施；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM711 文章編號(hào)：1009-2374（2017）08-0202-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.099

1 概述

能源的應(yīng)用和發(fā)展成為當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)的焦點(diǎn)，能源的需求在不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的能源可勘探數(shù)量銳減。在人類發(fā)展的新形勢(shì)下，能源形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻。分布式電源技術(shù)的發(fā)展為可再生能源的應(yīng)用提供了新的方向，也為工業(yè)的發(fā)展造成的電力供需矛盾提供了解決方案，分布式電源技術(shù)將是電力技術(shù)在清潔能源方向發(fā)展的重要領(lǐng)域。

2 分布式電源技術(shù)定義與分類

2.1 分布式電源

分布式電源是指分布于用于附近，滿足于用戶需求，可獨(dú)立輸出電能的，存在于公共電網(wǎng)之外的小型的發(fā)電系統(tǒng)。

2.2 分布式電源分類

分布式電源的分類原則是其依據(jù)分布式電源的發(fā)電的類型，從發(fā)電類型的不同以及運(yùn)行的方式可以將分布式電源技術(shù)分為：

2.2.1 小水電。小水電的特點(diǎn)是分布范圍廣，單站裝機(jī)容量小，易于運(yùn)行以及維護(hù)，調(diào)節(jié)性能差。

2.2.2 風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)借助風(fēng)能，裝配以風(fēng)力機(jī)，風(fēng)能推動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)能當(dāng)前具備商業(yè)發(fā)展的分布式電源技術(shù)，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，商業(yè)運(yùn)營(yíng)性價(jià)比高，但是轉(zhuǎn)換效率低，并且該技術(shù)與配電網(wǎng)直接耦合，風(fēng)力發(fā)電固有的不確定以及隨機(jī)性容易對(duì)配電網(wǎng)造成嚴(yán)重的影響。

2.2.3 光伏發(fā)電。光伏發(fā)電是目前國(guó)家大力支持的扶貧項(xiàng)目，它的特點(diǎn)是清潔性，造價(jià)低，資源廣泛，運(yùn)行和維護(hù)工作少。該技術(shù)的發(fā)電原理是依賴于光伏陣列接收的輻照度，因此其輸出功率和輸出能量也對(duì)天氣的依賴性很強(qiáng)，光伏發(fā)電又分為可調(diào)光伏發(fā)電和不可調(diào)光伏發(fā)電。

2.2.4 潮汐發(fā)電。潮汐發(fā)電借助于潮汐蘊(yùn)藏的大量能量，它是可預(yù)測(cè)的可再生分布式電源，它屬于間歇性電源，特點(diǎn)是輸出的功率隨機(jī)、波動(dòng)性以及間歇性大，容易造成配電網(wǎng)電能質(zhì)量的下降，另外，其電壓的波動(dòng)容易導(dǎo)致配電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定。

2.2.5 其他類型。除了水電、風(fēng)能、光伏和潮汐發(fā)電之外，還存在其他的發(fā)電方式，這些發(fā)電方式是借助于一定的物質(zhì)反應(yīng)過程，比如燃?xì)獍l(fā)電、火力發(fā)電都是將燃?xì)饣蛘呙禾咳紵D(zhuǎn)換為熱能，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電能。

3 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)造成的影響分析

隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，分布式電源與配電網(wǎng)的結(jié)合越來越常態(tài)化，這種模式被認(rèn)為是電力行業(yè)的重要發(fā)展方向。分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在其對(duì)配電網(wǎng)質(zhì)量、繼電保護(hù)以及對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性和安全穩(wěn)定性方面。

3.1 對(duì)電能質(zhì)量的影響

電能質(zhì)量的基本指標(biāo)是電壓應(yīng)該保持在允許變化的范圍內(nèi)，但是分布式電源的介入，使得配電網(wǎng)的電壓分布產(chǎn)生相應(yīng)的變化。為了方便就近用電，分布式電源一般被安裝在用戶周邊，這樣容易造成配電網(wǎng)的投入和切除時(shí)發(fā)生電壓波動(dòng)。分布式電源并網(wǎng)引起的電壓波動(dòng)的主要原因在于分布式電源輸出功率的波動(dòng)，輸出功率的波動(dòng)還可能引起頻率的波動(dòng)，分布式電源并網(wǎng)如圖1所示：

從上式可看出，電壓波動(dòng)主要與分布式電源輸出的有功和無功功率有關(guān)，又由于分布式電源出力主要以有功功率為主，即P>Q，所以電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和閃變主要源于分布式電源輸出有功功率的波動(dòng)。

另外，配電網(wǎng)的系統(tǒng)多采用輻射式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通常情況下，電壓隨著電線逐漸走向降低。分布式電源的接入會(huì)造成配電網(wǎng)潮流的大小和方向發(fā)生巨大波動(dòng)從而影響配電網(wǎng)，配電網(wǎng)發(fā)生潮流雙向流動(dòng)的可能性會(huì)增大。這是由于分布式電源會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，在接入配電源時(shí)相當(dāng)于混入一個(gè)個(gè)的諧波源，同時(shí)分布式電源在并入配電網(wǎng)的過程中由于變流器等電力設(shè)備的使用也會(huì)產(chǎn)生諧波。分布式發(fā)電中的諧波與間諧波主要來源于變流器。

3.2 對(duì)繼電保護(hù)的影響

分布式電源的大量接入，容易改變配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使其從單個(gè)電源點(diǎn)的輻射結(jié)構(gòu)變成多電源點(diǎn)與用戶相連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從單相潮流變成雙向的變電到負(fù)荷。分布式電源的接入增加了配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置工作的壓力，并且容易出現(xiàn)相應(yīng)的問題。

分布式電源影響短路時(shí)故障電流的等級(jí)，這是由于電力電子設(shè)備在防止過電流的過程中，分布式電源導(dǎo)致配電網(wǎng)中的電流不能被正確檢測(cè)，容易造成過壓以及損壞設(shè)備。分布式電源給配電網(wǎng)帶來的復(fù)雜影響還體現(xiàn)在配電網(wǎng)故障時(shí)產(chǎn)生超量的短路電流，以及配電網(wǎng)的重合閘，處理不當(dāng)容易造成電弧的重燃。

以配電網(wǎng)的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)為研究對(duì)象，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流I′dz可按大于本線路末端短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的最大短路電流來整定，如式（9）

所示：

分布式電源接入配電網(wǎng)之后，原有配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化。在故障發(fā)生時(shí)，由于分布式電源助增電流的作用，流經(jīng)故障點(diǎn)的故障電流將增大。分布式電源的引入改變了分布式電源附近節(jié)點(diǎn)的短路水平，它將給配電網(wǎng)繼電保護(hù)的正確動(dòng)作帶來影響。分布式電源接入配電網(wǎng)，在故障發(fā)生時(shí)由于分布式電源的助增或分流作用，流過保護(hù)裝置的故障電流可能增大或減小，它將改變保護(hù)的范圍和靈敏度，給各線路繼電保護(hù)的上下級(jí)配合帶來影響。如果分布式電源接入后對(duì)繼電保護(hù)的影響不是太大，繼電保護(hù)仍然能夠滿足保護(hù)范圍和靈敏度要求，就不需要改變繼電保護(hù)。對(duì)于配電網(wǎng)的一些新型保護(hù)如基于數(shù)據(jù)信道的方向保護(hù)等，由于分布式電源改變了附近節(jié)點(diǎn)的短路水平，因此仍存在著是否滿足靈敏度要求的問題。

3.3 對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的影響

通常來說，分布式電源在配電網(wǎng)中對(duì)系統(tǒng)的安全和可靠性影響要從兩個(gè)方面討論：一方面是分布式電源能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)消除一部分的過載，從而提高電網(wǎng)的傳輸容量，以便于合理規(guī)劃提高和改善系統(tǒng)電壓的水平；另一方面是電網(wǎng)故障導(dǎo)致配電網(wǎng)不能聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的情況下，分布式電源的低電壓穿越能力能夠預(yù)防電壓驟降，從而提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行合理的調(diào)整。

分布式電源與繼電保護(hù)設(shè)備之間的配合在一定程度上極大地影響著系統(tǒng)的可靠性和安全性，如果兩者之間配合不好，容易導(dǎo)致繼電裝置發(fā)生重合閘等故障使得用戶停電，這樣無疑降低了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)影響的應(yīng)對(duì)措施

分布式電源對(duì)配電網(wǎng)在電能質(zhì)量、繼電保護(hù)和系統(tǒng)安全以及可靠性方面存在影響，針對(duì)造成以上影響的原因，提出三點(diǎn)改進(jìn)方案：（1）針對(duì)電能質(zhì)量發(fā)生時(shí)的故障原因，合理地進(jìn)行變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及濾波裝置的運(yùn)用能夠一定程度上減少諧波的產(chǎn)生，降低諧波對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響；（2）當(dāng)出現(xiàn)電壓越限或者頻率波動(dòng)導(dǎo)致分布式電源因此脫網(wǎng)時(shí)，最簡(jiǎn)單可行的方法是切斷當(dāng)前的分布式電源，這是由孤島狀況可以進(jìn)行快速的可靠性檢測(cè)決定的；（3）合理的分布式電源接入方案，在對(duì)負(fù)荷供電時(shí)，能夠持續(xù)向小部分的負(fù)荷進(jìn)行供電工作，從而提高供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，并且合理的設(shè)計(jì)方案和布局能夠?qū)⒎植际诫娫唇尤肱潆娋W(wǎng)并盡可能地降低對(duì)原系統(tǒng)的沖擊。

5 結(jié)語

分布式電源在未來電力能源方面的發(fā)展將會(huì)極大地影響清潔能源的商業(yè)應(yīng)用，本文概述了分布式電源技術(shù)的基本原理，介紹了分布式電源的主要類型。針對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)造成的影響原因，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分布式電源與繼電裝備的配合以及分布式電源接入方案設(shè)計(jì)三個(gè)方面提出了改善方案。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）