新能源接入對主動(dòng)配電網(wǎng)的影響分析

許昀生

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，新能源的應(yīng)用勢在必行，國外的一些相關(guān)領(lǐng)域在主動(dòng)配電網(wǎng)與分布式發(fā)電的影響因素上進(jìn)行了分析和研究，從在電力負(fù)荷的預(yù)測、設(shè)計(jì)規(guī)劃以及管理控制方面分別對分布式能源的接入所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了討論、研究，并提出了相對應(yīng)的解決方案設(shè)想。

關(guān)鍵詞：新能源接入;主動(dòng)配電電網(wǎng)

CIGRE C6 開展“分散發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響”研究始于 90 年代后期，國內(nèi)對主動(dòng)配電網(wǎng)（亦稱“有源配電網(wǎng)”）研究開展較早并有相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表。目前國內(nèi)外研究配電網(wǎng)的文獻(xiàn)主要分四類：第一類主要是研究分布式電源、電動(dòng)汽車等對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的相關(guān)影響，主要包括規(guī)劃模型、繼電保護(hù)，自動(dòng)重合閘控制、電能質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)損耗與無功優(yōu)化、故障定位與孤島檢測、可靠性評估策略、智能電網(wǎng)管理與控制，智能微網(wǎng)技術(shù)控制等;第二類是主動(dòng)配電網(wǎng)的概念及研究框架，即主動(dòng)配電網(wǎng)定義，主動(dòng)配電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)、微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)三者之間的差別，主動(dòng)配電網(wǎng)示范工程建設(shè)進(jìn)展等;第三類是主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行控制，源于對主動(dòng)配電網(wǎng)體系本身尚未形成清晰統(tǒng)一的認(rèn)識，因此該類研究文獻(xiàn)大多是對電壓控制、負(fù)荷控制、配網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃算法層面的改進(jìn)等;第四類文獻(xiàn)對主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃問題、主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)可行性研究方面進(jìn)行了一些探討。而對于分布式新能源的接入對主動(dòng)配電網(wǎng)的影響方面的研究成果較少。本文通過對國內(nèi)外主動(dòng)配電網(wǎng)相關(guān)研究以及分布式發(fā)電對傳統(tǒng)配電網(wǎng)影響研究的深入分析，從負(fù)荷預(yù)測、規(guī)劃和運(yùn)行控制三方面對分布式新能源接入主動(dòng)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響開展討論，提出含新能源的主動(dòng)配電網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)與能源交換布局設(shè)計(jì)理念，并提出將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于主動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)想，進(jìn)行了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的主動(dòng)控制體系設(shè)計(jì)和含新能源的主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1. 主動(dòng)配電網(wǎng)的概念及特征

1.1 主動(dòng)配電網(wǎng)的概念

在“主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展”這個(gè)研究報(bào)告中指出，主動(dòng)配電網(wǎng)就是通過使用靈活的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拓?fù)鋪磉M(jìn)行管理潮流，以達(dá)到對局部范圍內(nèi)分布式能源進(jìn)行主動(dòng)控制和管理的實(shí)際配電系統(tǒng)。在分布式能源的界定上，主要有分布式發(fā)電、電儲(chǔ)能和可控負(fù)荷等。但在實(shí)際的發(fā)展過程中，由于缺乏核心運(yùn)算工具，除了少數(shù)國家以外，大部分國家都沒有把ADS規(guī)劃進(jìn)配電網(wǎng)和作為運(yùn)行的必要內(nèi)容，而且在主動(dòng)管理和控制方面，現(xiàn)在仍然處于最初級的實(shí)用階段。

1.2 主動(dòng)配電網(wǎng)的特征

在分布式新型能源進(jìn)行大規(guī)模的接入配電網(wǎng)后，主要是以新能源、主動(dòng)配電網(wǎng)、用電負(fù)荷這三個(gè)方面為主的結(jié)構(gòu)特征的新配電技術(shù)。同傳統(tǒng)配電的不同之處在于，新技術(shù)能夠自主地對分布式方面的性能上進(jìn)行預(yù)測與分析，并對可控的一些分布式資源實(shí)行管理與控制，以減少或清除能源的不確定性給電網(wǎng)帶來的問題。在實(shí)際使用方面具有三個(gè)特征：一是分布式資源的可控性;二是在可控能力上較為突出和完善;三是能夠通過控制中心進(jìn)行協(xié)調(diào)化管理;四是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)方面可進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。主動(dòng)配電網(wǎng)具有可控性和可觀性，以充分體現(xiàn)這方面的主動(dòng)性。在可觀性方面的主要體現(xiàn)是可以做到監(jiān)測主網(wǎng)以及配電網(wǎng)與用戶方面的負(fù)荷同分布式電源的主要運(yùn)行狀態(tài)，在這種情況下來預(yù)測其發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并合理提出相應(yīng)的優(yōu)化控制方法;在可控性方面的主要體現(xiàn)是在分布式電源、負(fù)荷以及儲(chǔ)能等的控制靈活性方面，當(dāng)制定出優(yōu)化協(xié)調(diào)方面的策略后，就可以利用控制中心來進(jìn)行執(zhí)行。在主動(dòng)性方面的主要體現(xiàn)是在預(yù)判能力上能夠及時(shí)判斷不安全問題，并根據(jù)實(shí)際制定出相對應(yīng)的策略，然后利用控制中心來進(jìn)行執(zhí)行，而不像在傳統(tǒng)式的配電網(wǎng)情況下，只能在隱患問題演變成故障后才采取解決措施。

2. 新能源發(fā)電接入主配電網(wǎng)的影響

2.1 新能源的接入對電能質(zhì)量上的影響

光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電都會(huì)受到環(huán)境氣候的影響，具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，同時(shí)在設(shè)備上還會(huì)配有整流逆變設(shè)備和其他方面的電力元器件，這樣就會(huì)產(chǎn)生諧波與直流分量。當(dāng)諧波電流接入電網(wǎng)當(dāng)中后，就會(huì)造成配電網(wǎng)中的電壓產(chǎn)生畸變，嚴(yán)重影響電能在實(shí)際使用上的質(zhì)量問題，同時(shí)也會(huì)造成部分測量儀表和設(shè)備在測量上不準(zhǔn)確、嚴(yán)重增加負(fù)荷，還有可能會(huì)造成電力系統(tǒng)出現(xiàn)繼電保護(hù)、部分自動(dòng)裝置錯(cuò)誤動(dòng)作的問題，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在并網(wǎng)電量的使用中隨機(jī)波動(dòng)較多，在可調(diào)型方面又較差，在并網(wǎng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊電流，同時(shí)也會(huì)因?yàn)闆_擊電流造成電網(wǎng)電力頻率出現(xiàn)偏差的問題，電壓也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的波動(dòng)和閃變，從而造成在饋線內(nèi)的潮流產(chǎn)生變化，進(jìn)而在穩(wěn)態(tài)電壓分布與無功上造成影響的特性，造成電網(wǎng)在不可控性與調(diào)峰容量的余度上的變大。新能源在發(fā)電單元上的啟動(dòng)次數(shù)過多就會(huì)造成配電線路在負(fù)荷潮流上的變化增大，進(jìn)而增加了在電壓調(diào)整方面的難度。同時(shí)因?yàn)樵诎l(fā)電的設(shè)備采用了大量的電子設(shè)備裝置，在實(shí)際電壓的調(diào)節(jié)上和控制上都與傳統(tǒng)的電網(wǎng)有著很大的區(qū)別。雖然在正常情況下，新能源在設(shè)備上都會(huì)裝有逆變裝置，在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)情況下不會(huì)出現(xiàn)向電網(wǎng)進(jìn)行輸入功率的問題，一旦發(fā)生問題，短路就會(huì)瞬間向電網(wǎng)中輸入電流，增大配電網(wǎng)的開關(guān)上電流強(qiáng)度，極大可能造成電網(wǎng)的開關(guān)短路電流超過標(biāo)準(zhǔn)，影響在電網(wǎng)運(yùn)行方面的安全。

2.2 新能源的接入對網(wǎng)損傷的影響

當(dāng)將新能源成功接入電力配電網(wǎng)中后，現(xiàn)有的配電系統(tǒng)將會(huì)由原來的單向式電源輻射網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成為用戶之間互聯(lián)與多電弱環(huán)的網(wǎng)絡(luò)。在電網(wǎng)的主要分布形式上將會(huì)產(chǎn)生根本性的轉(zhuǎn)變，在負(fù)荷的大小與方向問題上都會(huì)變得很難進(jìn)行預(yù)測。這就造成網(wǎng)損不但會(huì)與負(fù)載等方面因素產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，還會(huì)與系統(tǒng)所直接連接電源的具體位置和實(shí)際容量的大小都產(chǎn)生密切關(guān)系。

2.3 新能源的接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)監(jiān)控上的影響

現(xiàn)在運(yùn)行的配電網(wǎng)是一種無源的具有放射性的電網(wǎng)，在對信息的采集上、開關(guān)的實(shí)際操作上和在能源的調(diào)度方面的操作都相對簡單，在進(jìn)行監(jiān)測、控制管理與高度上都是由供電部門進(jìn)行具體實(shí)施的。由于新能源的接入造成在此方面變得較為復(fù)雜，重點(diǎn)需要注意在對新能源接入以后，容易出現(xiàn)的“孤島”現(xiàn)象實(shí)施監(jiān)測和預(yù)防。當(dāng)新能源配電與主配電網(wǎng)實(shí)施分離后，仍然繼續(xù)往獨(dú)立配電網(wǎng)進(jìn)行輸電，就很容易會(huì)產(chǎn)生“孤島”的現(xiàn)象。孤島上的電壓大小和頻率的數(shù)值都無法用電網(wǎng)進(jìn)行控制，一旦電壓與頻率嚴(yán)重超出允許范疇，可能造成用戶的相應(yīng)設(shè)備損壞;如果實(shí)際負(fù)載容量高于孤島中的逆變器容量，就會(huì)造成逆變器容量過載，容易造成逆變器的損毀，同時(shí)也會(huì)給在這方面進(jìn)行檢測的人員帶來安全危險(xiǎn)。如果進(jìn)行重新合閘操作，就會(huì)導(dǎo)致在這條線路上出現(xiàn)再次跳閘的問題，而且在負(fù)荷上容易出現(xiàn)在供需上的嚴(yán)重不平衡，在實(shí)際電能質(zhì)量的損害上也是相當(dāng)嚴(yán)重的，降低供電的可靠性。

3 結(jié)語

為適應(yīng)新能源的大量消納，ADS 是未來配電技術(shù)發(fā)展的方向，本文在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上對分布式新能源對配電網(wǎng)的影響、ADS 技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析，進(jìn)而從多方面探討新能源接入對 ADS 的影響。同時(shí)，本文提出含新能源的 ADS 主動(dòng)控制體系設(shè)計(jì)構(gòu)想，主要包括含新能源 ADS 一次網(wǎng)絡(luò)與能源交換布局，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的信息采集架構(gòu)以及 ADS 規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以期為 ADS 的研究提供參考。

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