分布式能源接入对配电网的影响

分布式能源接入对配电网的影响
张岩波
【摘要】随着电网规模的日益扩大,重点研究了分布式电源接入后对电网运行的影响.主要从网损、电能质量、继电保护系统、电网规划以及电网可靠性六个方面阐述了影响的结果,为后续分布式电源接入电网工作的开展提供了参考.%With the increasing expansion of the power grid scale, the paper makes a study of the impacts of distributed generation on the operation of power grid. The paper analyzes the impacts on power loss, power quality, protective relaying system, power system planning and power grid reliability, which provide a reference for the follow-up distributed generation integration.【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2012(035)021
【总页数】3页(P173-175)
【关键词】分布式电源;网损;电能质量;继电保护系统;电网规划;电网可靠性
【作者】张岩波
【作者单位】西安工业大学电子信息工程学院,陕西西安710032
【正文语种】中文
【中图分类】TN915.853-34;TJ28
0 引言
配电网中，用电企业及个人的用电负荷存在很大的随机性，另外由于风霜雨雪等自然现象的无常发生，以及其他不确定因素所引起的负荷变化使配电网的规划、设计和运行面临着巨大的挑战。

传统的集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统运行模式已经无法满足人们的要求。

随着地球资源的日益枯竭以及人们环保意识的增强，充分利用一次能源和可再生能源引起了世界各国的高度重视，一种新兴的高效、环保的发电技术——分布式发电(Distributed Generation,DG)应运而生[1]。

DG接入电网形式如图1所示。

图1 DG接入电网形式
1 分布式发电技术
分布式发电相对于传统的大容量集中式发电厂，分布式发电的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源，如本地可方便获取的化石类燃料、可再生能源(包括太阳能、风能、水能、地热能等)等，提高了能源的利用效率。

分布式发电是一种区别于传统集中发电、远距离传输和大互联网络的发电形式，并且依靠其发电方式灵活、建设成本低、保护环境等特点，被许多国家应用到电网运行中，采取与大电网联合运行的方式，使得电力系统运行的灵活性、可靠性和安全性得到显著改善。

我国在能源发展“十一五”规划中提出了“努力构筑稳定、经济、清洁的能源体系，以能源的可持续发展支持我国经济社会的可持续发展”的指导方针，为发展分布式能源提供了政策指导。

采用分布式发电技术，有助于充分利用各地丰富、清洁、可再生的能源，向用户提供“绿色电力”[2]。

分布式电源(Distributed Generating Source,DGS)的功率不大，基本维持在几十千瓦至几十兆瓦之间，主要包括功率较小的内燃机、燃料电池、微型燃气轮机、可再生能源如太阳能发电的光伏电池和风力发电等，它分布在负荷附近，由电力部门、用户或第三方所有，用来满足电力系统或者用电客户的特定要求。

一般而言，分布式电源可以直接接入配电系统(380 V 或10 kV 配电系统)并网运行，也可以采取独
立的方式运行。

通常分布式发电以接入配电网为主，由于分布式电源的接入，使得配电网由传统的单电源辐射网络变成了一个多源网络，正常运行时网络中的潮流分布会产生相应的改变，与此同时当系统出现故障时，短路电流的大小、流向和分布也会发生变化。

分布式电源的接入使得配电网中各支路的潮流不再是单方向流动，从而改变了传统电力系统的运行模式。

因此分布式电源接入配电网会对配电网的很多方面产生影响，常见的有电能质量、电网可靠性、配网损耗、继电保护等。

表1详细描述了两种
发电方式的区别。

表1 分布式发电与传统发电方式的区别发电技术可使用能源能源分布功率接入方
式分布式发电众多且分散分散、众多小功率输电接入配电网,灵活操作传统集中发
电单一煤炭、水力等集中大功率输电接入主干网,电能损耗多
2 分布式发电对配电网的影响
在DIGSILENT软件平台上建立如图2所示的33母线测试系统，负荷为恒功率模型。

下面从配电网网损、电能质量、继电保护系统、电网可靠性和配电网规划设计5个方面，对分布式电源接入配电网的影响进行分析。

图2 33母线测试系统
2.1 分布式发电并网对网损的影响
电网的损耗主要取决于系统的潮流，分布式电源影响系统的潮流分布，也必然会对网损造成一定程度的影响。

根据分布式电源的接入位置、注入容量、负荷量的相对大小以及网络的拓扑结构等不同，分布式发电可能增大或者减小系统的损耗。

图2所示的测试系统中，改变分布式电源的注入能量，经过定量分析，得到系统网损的数据曲线，如图3所示。

图3 分布式电源注入容量与系统总网损关系曲线
经过系统仿真表明，在接入位置不变的情况下，增大注入容量时，系统总网损的变
化规律是先减小后增大，但接入的最大容量不应大于系统的负荷容量。

2.2 分布式发电并网对电能质量的影响
分布式电源并网运行，可能会造成电压波动和闪变、引起系统电压和频率的偏差等电能质量问题。

具体如下：
(1) 对系统电压波动的影响。

在传统配电网中，有功负荷及无功负荷随着时间变化会引起系统电压波动，分布式电源的并网对配电网电压波动的影响主要体现在以下几个方面：当分布式电源与当地负荷协调运行时，即负荷与分布式电源输出量的变化同步，分布式电源的并网将会抑制系统电压的波动；若分布式电源与当地负荷不能协调运行时，将会加重系统的电压波动。

另外，有些时候由于并网分布式电源的不合理接入，如接入位置、注入容量的不理想，常常会造成配电线路上的负荷潮流剧烈变化，这样就加大配电网电压的调整难度，并使其发生波动。

(2) 造成系统的电压闪变。

分布式电源的起动和停运会受到用户需求、气候条件等多种因素的影响，由于其不确定性就造成了配电网的电压闪变。

另外，如果分布式电源的输出量突然发生变化，由于分布式电源和反馈环节的电压控制设备之间的相互影响，也会直接或间接导致电压闪变。

(3) 产生谐波污染。

由于电力电子技术逆变器的开关器件频繁开断，会产生开关频率附近的谐波分量，多余的谐波分量对电网造成谐波污染。

2.3 分布式发电并网对继电保护系统的影响
分布式发电接入配电网后，辐射式的网络将变为一个遍布多电源和用户互联的网络，潮流也不再是从变电站母线流向各负荷的单方向流动。

配电网根本性的变化使得电网各种保护定值与机理发生了深刻变化。

传统配电网中的继电保护系统是基于单电源网络设计分布的，具有单向性的特点。

随着分布式电源的接入，由于配电网的改变，使原有的某些继电保护系统也受到不同程度的影响。

分布式电源并入配电网对继电保护系统的影响主要体现在：过电流
保护、距离保护、孤岛运行、自动重合闸和故障电流方向等方面，尤其在线路发生故障后，继电保护以及重合闸的动作行为都会受到分布式电源的影响[3]。

当故障发生时为确保保护装置正确动作，应切断电网中的分布式电源。

这就要求：过电流故障的切除应在时限上与分布式电源的切断配合；在自动重合闸开断时间间隔内，应确保分布式电源快速切断；在架空线和地下电缆的混合线路中切断分布式电源，由于变压器的空载运行，电缆对地电容与变压器△侧的线圈将产生铁磁谐振，由其产生的不规则高电压大电流将对线路的电力器件造成严重威胁[4]。

2.4 分布式发电并网对电网可靠性的影响
在线路发生故障时，分布式电源可以为停电的用户供电，降低了年平均断电时间。

但另一方面分布式电源对供电可靠性的影响与分布式电源孤岛运行紧密相关，孤岛运行指的是当连接主电网和分布式电源的任一开关跳闸，与主网分离后，分布式电源将会继续给部分负荷进行独立供电，形成孤岛运行状态。

在一定条件下，孤岛运行会影响检修人员的安全，因此是不允许的，但若能提高运行管理水平，则能够有效提升供电的可靠性。

另外，分布式电源受环境、气候影响很大，特别是风力发电和太阳能发电，具有很大的不稳定。

这两种因素都从一定程度上影响可靠性。

2.5 分布式发电并网对电网规划的影响
大量分布式发电的接入降低了配电网对大型发电厂和输电网的依赖程度，节约了电网建设的成本，使得分布式电源的并网成为时下电网改造的热点。

在享受分布式电源带来的便利的同时，基于分布式发电对配电网的影响，如何在配电网中确定并配置合理的电源结构，如何协调和有效地利用各种分布式电源，成为国内外学者急需解决的研究课题。

(1) 由于分布式电源发电电量的不确定性，这就需要大电网作为依托备用，因此在一定层面上，分布式电源的接入并不能降低配电网的建设和改造费用。

另外，系统网损也会直接决定电网效益。

(2) 现有的传统配电网计算分析方法和规划设计方案已经不再适用于包含大量分布式电源并网的配电网，因此，有必要针对新型的多电源结构和供电方式，研究适合分布式电源接入的配电网分析理论和规划设计方案．
(3) 分布式电源入网的灵活性体现在，用电企业或个人可以根据自身实际需要安装和使用分布式发电，与电力负荷相抵消，对规划区负荷增长模型产生影响，使得电网工作人员难以准确预测电力负荷的增长及空间负荷分布情况，因此分布式电源的并网增加了电力负荷预测的难度。

(4) 分布式电源并网加大了配电网规划的不确定性。

首先分布式电源的安装点存在不确定性，其输出的电能也具有随机性；其次分布式电源并不能提供持续的电力保证，使变电站的选址、配电网络的接线和投资建设等规划工作更加复杂。

(5) 分布式电源并网在一定程度上提高了配电网规划适应性要求。

分布式电源的大量接入能够降低配电系统的建设投资，但若位置和注入容量不合理，则可能导致配电网的某些设备利用率降低、网损增加，从而降低电网的可靠性[5]。

3 结语
随着电力系统规模的日益扩大、电网建设的不断完善、用户对电能需求的日益增大，分布式发电作为一种优势明显的发电方式在电力配电网中占发挥着重要的作用。

但是在享受其带来的便利的同时，必须同时兼顾其对配电网的影响，应此采取必要的手段使分布式电源的并网对配电网产生积极的影响，在我国，分布式发电技术的研究尚处于起步阶段，因此，如何使其朝着有益于配电网建设的方向发展是一位电力科技工作者所要积极研究的课题。

参考文献
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力系统自动化学报，2005，17(1)：53-58．
[2]DUGAN R C, MCDERMOTT T E. Operating conflicts for distributed
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[4]梁才浩，段献忠．分布式发电及其对电力系统的影响[J]．电力系统自动化，2001(12)：53-56.
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