劉 蕾,王 天
(1.青島大學 電氣工程學院,山東 青島 266071;2.國網山東省電力公司平原縣供電公司,山東 德州 253100)
隨著新能源并網發(fā)電的飛速發(fā)展,分布式電源(Distributed Generation,DG)在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。相較于傳統(tǒng)電源,分布式電源更接近用戶群體,使其可以根據用戶的實際情況進行調節(jié),節(jié)約電網建設成本,彌補集中發(fā)電的缺陷,為電力用戶提供不間斷供電,給電網建設帶來了良好的經濟效益和社會效益。同時,大規(guī)模分布式電源并入配電網,使系統(tǒng)電壓分布和潮流走向發(fā)生了變化[1],增大了配電系統(tǒng)的復雜性和不確定性,進而影響配電網的網損情況。綜上所述,本文從分布式電源接入配電網后對其的影響和線損分攤兩方面入手,充分闡述分布式電源與配電網之間的聯(lián)系和配電網線損分攤新趨勢,希望可以為配電網的管理工作提供一定的技術支持與幫助。
分布式電源因其清潔、效率高以及靈活等特點被廣泛應用于配電網,但DG的接入勢必會對配電網的電壓、潮流分布以及短路電流等相關參數(shù)產生影響。這主要體現(xiàn)在配電網中分布式電源之間相互獨立,電氣銜接不夠緊密,用戶能夠根據自身需要調整電源的輸出功率,減少供電企業(yè)在輸配電環(huán)節(jié)產生的電能損耗,同時帶來了諸多負面影響。分布式電源與傳統(tǒng)的集中式電源相比,分布更分散,給供電企業(yè)的管理和調度帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。在電能相對充足的地區(qū),如果分布式電源發(fā)出的電能不能被及時消納或是并入配電網,將會產生棄光、棄風等現(xiàn)象[2]。
1.1.1 低壓分散接入
低壓分散接入是一種常見的分布式電源接入配電網模式。該種模式主要針對規(guī)模較小的電源,接入電壓等級一般為380 V。對于這種接入方式,分布式電源與負荷之間經過的配電環(huán)節(jié)較少,可以發(fā)揮分布式電源并網靈活、發(fā)電方式多樣的優(yōu)點,缺點是使配電網故障檢修排查變得困難,配電系統(tǒng)的調度方式實現(xiàn)也存在一定的難度。
1.1.2 中壓分散接入
與低壓分散接入配電網類似,這種方式是通過容量中等的配電變壓器低壓側并入配電網。它的整體穩(wěn)定性和容量與低壓分散接入相比會更高,投資成本也會相應增加。
1.1.3 專用線路接入
專線接入是指在分布式電源容量較大時,為了降低對電能質量的影響,會選擇一種專線接入的方式提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。專線接入是指分布式電源系統(tǒng)通過變電站中低壓母線接入配電網。雖然接入容量受變電站容量的限制,但是接入電壓相對穩(wěn)定,適合大容量分布式電源并網。需要注意,在選擇不同類型方式接入配電網時,必須滿足不會越級到上一電壓等級線路送電的基本原則,否則會出現(xiàn)穩(wěn)定性下降的情況[3]。
常規(guī)配電網線路潮流一般是從變電站低壓側母線流向各負荷節(jié)點,即單向流動。當分布式電源系統(tǒng)接入配電網后,從根本上改變了傳統(tǒng)的系統(tǒng)潮流流向,使系統(tǒng)潮流變?yōu)殡p向流動。分布式電源在向電網傳輸電能時,根據電源和負荷節(jié)點的物理位置關系,線路各點的潮流可能變大也可能變小。當分布式電源的輸出功率大于所帶負荷時,線路某些部分可能會出現(xiàn)反向潮流。由于光伏、風電等系統(tǒng)的輸出受光照、風力等自然因素的影響較大,因此分布式電源的輸出功率很不穩(wěn)定,給配電網的調度帶來了極大困難,使得無法預測潮流。如果從分布式電源流向配電變壓器的反向潮流過大,上級變電站主變壓器可能會過負荷,導致變電站低壓側母線電壓越限,從而影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[4]。
當接入的部分發(fā)生系統(tǒng)故障時,分布式電源可以通過單獨供電的方式為停電的用戶供電,這對于一些非常重要的企業(yè)以及單位具有重要作用。此外,一些分布式電源在并網過程中可能需要可靠性評估,這時會出現(xiàn)一些其他影響因素,如孤島效應、輸出功率不穩(wěn)定問題等。分布式電源接入配電網會抵消一部分線路上的負荷,因此會影響線路負載率。在線路不同位置接入,對線路負載率穩(wěn)定性的影響不同。研究中模擬了一個固定容量的分布式電源光伏,分別通過不同專線接入10 kV配電變壓器,然后統(tǒng)計不同位置接入對負載率的影響,結果如圖1所示。
圖1 不同接入位置時各段線路負載率
由圖1可見,在線路末端靠近負荷處接入分布式電源,負載率更合理,電網更穩(wěn)定。
輸電網的損耗在電力市場交易中只占全部成本的很小一部分,但在配電網中對用戶或具體交易帶來了很大影響。如何對網損進行公平、合理、有效的分攤,是目前供電企業(yè)面臨的主要問題。當前,國內外線損分攤方法的研究主要歸為3類——比例分攤、敏感系數(shù)分析和市場經濟。
比例分攤包括平均網損系數(shù)法和潮流追蹤法,其中平均網損系數(shù)法是電網企業(yè)最先使用的網損分攤方法。它將網損按平均分攤的思想在各負荷用戶間進行分攤,簡單易懂,但不能實現(xiàn)雙向分攤,不適用于DG并網系統(tǒng)[5-6]。潮流追蹤法在系統(tǒng)潮流分布基礎上,按一定比例確定各發(fā)電節(jié)點輸出功率所占比重以及各負荷節(jié)點所吸收的功率由哪些電源點提供,并作為線損分攤的依據。此方法在含分布式電源的配電網中具有廣闊的應用前景[7]。
敏感系數(shù)分析包括邊際網損系數(shù)法和耗損微增率法兩種。邊際網損系數(shù)法是將全網線損分攤給發(fā)電機和負荷節(jié)點,能夠體現(xiàn)各節(jié)點對網損的微增成本信息,具有很高的經濟指導價值,被廣泛應用于電力市場的線損分攤。耗損微增率法通過分布式電源并網的潮流路徑對系統(tǒng)功率的影響程度確定所需分攤的線損量。該方法把DG的接入當成一路普通電源的接入,利用DG并網位置、并網容量的變化對線損影響進行線損分攤。
市場經濟包括短期邊際成本法、節(jié)點定價法和基于博弈論的線損分攤方法。短期邊際成本法是將輸電網的線損并入輸電成本來實現(xiàn)網損分攤。采用此方法在得到DG并網系統(tǒng)運行的經濟信號的同時還能用作DG的并網規(guī)劃。節(jié)點定價法是指系統(tǒng)某節(jié)點新增1 MW電量所需的系統(tǒng)邊際成本。該方法能夠量化DG對配電網的貢獻,優(yōu)化DG布局結構,推動DG良性發(fā)展?;诓┺恼摰木€損分攤方法可將配電網線損問題轉化為合作博弈問題,將線損降到最低,實現(xiàn)最大化的社會效益。目前,這3種方法都需要進一步的深入研究,以便更適用于含DG的配電系統(tǒng)。
DG的大規(guī)模并網使線損分攤工作越來越復雜,未來線損分攤在考慮DG對配電網的影響、配電網運行經濟性的基礎上,可從改進傳統(tǒng)線損分攤方法入手,在計算總線損的過程中把DG并入潮流計算,進而使傳統(tǒng)線損分析方法更加完善。另外,可以從一個全新的角度考慮含DG的線損分攤,從而制定出一個讓電網企業(yè)和分布式電源投資者都滿意的方案,是未來DG并網下的一個重要研究方向。
分布式電源作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分,具有廣闊的應用前景。本文首先分析分布式電源接入配電網對電壓及潮流的影響,然后從比例分攤、敏感系數(shù)分析和市場經濟等角度分析傳統(tǒng)線損分攤方法,并提出未來線損分攤新趨勢。當下,分布式電源正大規(guī)模并網,希望含DG配電系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定和經濟,從而實現(xiàn)更加合理、有序發(fā)展。