基于分布式发电的配网规划初探

基于分布式发电的配网规划初探
作者：蔡智伟
来源：《华中电力》2014年第04期
摘要：通过对分布式发电的特点、其在电网中的独特优势等的细致分析，确立利用分布式发电的立场。

通过对分布式发电对配电网电压、电能质量等的影响的分析，获知其利用的难点和注意点，然后进行了一个含分布式发电的配电网规划的探讨，建立了负荷预测方法、规划目标以及约束条件等，为新能源格局下电网的布局做了一个有益的探索。

关键词：分布式；发电；规划；配网
0 引言
随着经济的飞速发展，全社会对电力的需求必然呈现较快的增长趋势，但考虑环境因素以及节能减排的压力，现有发电企业的供电量不会有太大上扬，由此造成的电力缺口必须由所谓的新能源来补充。

而新能源就是水电、风电、光伏发电、潮汐发电等具有分布式特点的小能源。

这些小能源的接入在缓解电力供需矛盾的同时，也会在整体上对配电网的规划、运行、检修等方面造成冲击。

规划是源头，起着引领作用。

因此，本文着重讨论考虑分布式电源接入的配电网规划的动向、原则及方法，以期为新格局下电网布局做有益探索。

1 分布式发电的作用及其种类
1.1什么是分布式发电
当前，尚无统一的关于“分布式发电”的定义，但各方说法也是大同小异，综合起来，可以得出分布式发电的特点如下：
⑴位于电力负荷附近；
⑵其发电的目的，不是为了大规模远距离输送电力，而是独立组网供少量用户或就近送入当地配电网；
⑶其电能产生过程基本无污染，属清洁能源；
⑷装置模块化、建设周期短。

1.2分布式发电的作用
⑴就近解决负荷对电力的需求，减少了电能在线路中传输的损耗。

⑵可以弥补大电网的一些弊端：如系统发生大面积停电时，分布式发电会立即与系统解列，保持小独网的运行，从而阻止事故的进一步扩大。

⑶当系统有暂时（不是长远）的峰荷出现而供需矛盾突出时，分布式发电的接入可以避免或延缓诸如改造线路、新扩建变电站等措施。

⑷使整个电网的运行更趋于灵活，增强抗风险能力。

1.3分布式发电的种类
对分布式发电进行分类，一般可按以下三种方法。

⑴电能产生技术
如水力发电、太阳热发电、燃气轮机组发电、柴油机组发电、光伏发电、风力发电和燃料电池等。

⑵容量大小
分大型（>1M），中型（100kW～1M）、小型（
⑶与电力系统接口技术
分直接与系统连接和通过逆变器与系统连接两大类。

通过⑴、⑵、⑶，我们知道，分布式发电可谓“点多面广”、型式各异，这些都是在进行相应的配网规划时所应注意的地方。

2分布式发电对配电网的影响
2.1对电压的影响
配电网一般开环运行（虽然多设计成闭环结构），而分布式发电接入电网之后，相关配电线路就变为实实在在的多电源结构，其潮流的方向和大小将出现或大或小的变化，从而使系统中某些部位的电压也随之发生变化。

2.2对继电保护的影响
分布式发电的引入，会改变电网故障时的故障电流大小、方向及持续时间等要素，使得继电保护装置不能进行一个准确的判断，进而出现误动或拒动。

2.3对电能质量的影响
由于使用了大量电力电子器件，分布式发电必然产生大量谐波，因此必须将分布式发电产生的电能进行滤波，才能将其接入电网。

2.4对配电网规划的影响
⑴负荷预测变得不确定
可以设想，如果技术上可行，经济上能承受，将会有大量的用户选择安装分布式发电装置（譬如屋顶光伏发电），以节省向公用电网索取电能。

问题是，这种用户究竟有多少，每户按怎样的容量安装自发电，这是没有办法进行预测的，或者说，这个情况具有较大的不确定度。

而不了解用户侧分布式发电的发展趋势，规划人员所作的负荷总量预测也就不能用来指导电网建设（因为实际运作时，这个总量负荷是由集中式供电和分布式共同解决的）。

⑵规划的维数大幅增加
规划都是动态的，其复杂程度与维数有关。

引入分布式发电，就相当于增加发电机节点，增加了计算维数。

这样，在用相关的搜索算法进行最优网络拓扑确定时，将变得非常困难。

⑶对电网安全的考虑成倍增加
如前所述，分布式发电对电网的电压、电能质量等是有影响的，要排除这种影响，必须从规划的源头进行考虑，做好顶层设计。

3 考虑分布式发电的配网规划初探
由本文前面两个章节可知，分布式发电既有其显著优点，又有其不利因素。

对于优点，我们应该充分利用；对于不利因素，我们应努力排除。

这是摆在含分布式发电的配电网规划面前的一项艰难任务。

3.1规划的内容
和常规规划一样，需要进行新增配电线路、新增配变、新增开关站等的规划。

但比常规规划多的内容是：①需要按某种设定目标，对分布式发电的“选址定容”作出描述，以规范今后一段时间分布式发电模块的布置。

②对继电保护变动做一个整体方案。

3.2规划的步骤
和常规规划一样，首先要进行负荷预测；然后建立数学模型，确定出目标函数和约束条件，再选择合适的算法，求得目标函数的某种解。

在这几个步骤中，负荷预测是基础，它决定了要布多少线，要增加多少配变，要引入多少分布式发电等；目标函数是关键，它确立了规划所想达到的目标。

3.3负荷预测
由于这里的负荷预测和常规规划的负荷预测有所不同：除了要进行总量负荷的估算外，还要进行分布式发电的考虑。

因此，我们引进负荷岛概念。

所谓负荷岛，就是将配电网划成若干块，之间由相关的联络线连接。

负荷岛划分依据：地理上相近、用户相对集中、并且负荷性质也相似的负荷化为一块。

负荷岛内的负荷预测：将用户按负荷性质进行归类，如居民小区、政府机关、商业区等。

然后再参照相关资料进行计算。

3.4目标函数和约束条件的确定
基于分布式发电的配电网规划说到底还是一个多目标规划，它的子目标一般可设定为3个：
⑴规划期内的所有的分布式发电的投资成本（包括设备成本和安装成本）最小；
⑵规划期内，所有分布式发电正常工作后，系统网络损耗最小；
⑶规划期内，网络的电压稳定度最大。

三个子目标通过模糊隶属度进行整合，最后形成一个总的目标函数。

在以上规划目标下，约束条件一般为：
⑴系统功率平衡方程（分布式发电接入配电网后）。

⑵N-1安全准则。

⑶节点电压上下限、分布式发电容量上下限、支路功率最大限。

⑷旋转备用约束。

3.5继电保护改造规划
为了满足含分布式发电的配电系统的故障保护的要求，可以参考上级电网保护配置方法：用方向比较式纵联保护（即比较线路两端电流的矢量）作为双电源的线路的主保护；将原先的电流保护作为后备保护。

4 结束语
分布式发电作为一种清洁、高效的能源来源，必将在可预见期内和大电网进行深度融合。

但它的某些特点又决定了对其进行开发利用的难度，特别在电网规划上，因为分布式发电等同于发电机，给规划的方方面面都带来了影响。

因此，必须在实践的基础上，做好对含分布式发电的配电网的探讨工作。

参考文献
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