分布式电源的分类及对电力系统的影响

分布式电源的分类及对电力系统的影响

孙鸣，唐亮，吴兆文

（合肥工业大学，电气与自动化工程学院，合肥，230009）

摘要：分布式发电系统对配电网有着多方面的影响，其接入改变了配电系统的潮流分布和短路电流的分布。本文主要研究了分布式电源的分类、不同容量分布式电源对系统电压的影响，以及系统发生短路故障时，分布式电源由于容量和控制方式的不同，其向系统注入的短路电流不同的情况。从而得出不同类的分布式电源在正常运行时对系统电压的影响，系统故障时对短路电流的影响。

关键词：分布式发电；短路电流；容量；控制方式；1引言

近年来，分布式发电（DG—distributed generation）技术以其独有的环保性和经济性引起人们越来越多的关注。分布式发电一般指的是为满足某些终端用户的需求、接在用户侧附近的小型发电机组或发电及储能的联合系统它们的规模一般不大，大约在几十千瓦至几十兆瓦。常见的形式包括了一些采用太阳能发电站、风力发电站，微型燃气轮机，燃料电池等。具有环境友好特性的能源，因此这种发电技术是一种可利用多种能源的技术。同传统的发电厂相比，DG有着独特的优点：

⑴提高电网的可靠性：DG可作为备用电源为不间断供电的用户提供电能,提高了电网的可靠性；同时当传统电网出现大规模短路时，由于DG的独立性，可以使其与电网断开，依靠DG形成的“孤岛”单独为用户供电。

⑵缓解能源危机，保护环境：现阶段燃煤发电仍是主要的发电手段，燃煤发电不仅消耗能源，而且环境污染较大；DG多采用清洁能源，太阳能，风能更是取之不尽，减少了对能源的依赖。

目前普遍认为DG接入电力系统，主要是由于其所接的位置不同，容量不同而对系统产生不同的影响，但就系统故障而言并非所有的DG都会对其产生影响，而是决定于DG的类型以及并网方式。2分布式电源的分类

分布式发电技术多种多样，常见的有太阳能发电，风力发电，生物智能发电，燃料电池等。

2.1 太阳能发电技术

上图是一太阳能发电并网简图；光伏阵列吸收的能量先经过全桥逆变和电感滤波，再由升压变压器隔离，升压后再并入电网运行。从其电路结构中，我们可以看到由于光伏系统一般需要通过逆变器接入电网，当系统发生发生短路时，由于逆变器的自身特性，其不可能承受电网短路电流，将会迅速关断(但是当其所带负荷小于额定负荷时，逆变器将会向系统短时输入一定的电流，其值等于额定电流和运行电流之差)。这样光伏系统相当于脱离电网，使系统恢复到无DG的状态。

2.2 风力发电技术

风力发电主要是通过原动机（风力机）捕获风能，并将其转化为机械能，然后再由发电机将机械能转化为电能，最后并网运行。风力发电机一般分为鼠笼式异步发电机、转差可调的饶线式异步发电机、双馈异步发电机、低速同步发电机等。按其并网方式将其分为二类：直接并网（鼠笼式异步发电机）；通过逆变器并网（双馈异步发电机等）。同太阳能发电相似，通过逆变器并网的风力发电机由于逆变器的自身特性，其不

可能承受电网短路电流。所以，通过逆变器并网的风机当系统发生故障时，将会迅速关断，使系统恢复到无DG的状态；对于直接并网的风机，其接入位置的不同以及容量的不同对系统都会产生一定的影响。

2.3 燃料电池技术

燃料电池的工作原理是富含氢的燃料（如天然气，甲醇）与空气的氧气结合生成水，氢氧离子的定向移动在外电路形成电流，类似电解水的逆过程。它并不燃烧电池，而是通过化学的过程将燃料的化学能转化为电能。一般而言，燃料电池和太阳能发电的并网方式相似，都是通过逆变器并网的。

虽然分布式发电技术种类多样，但是通过其并网方式的不同，我们将其分为二类，通过电力电子器件并网和直接并网。在系统正常运行时，这二类DG都会对系统电压形态、有功及无功潮流等特性有一定的影响；当系统发生故障时我们就需要区别对待:直接并网的DG由其容量和位置的不同，提供不同的短路电流；通过电流型逆变器并网的DG由于电子元件的自身特性,其迅速关断,相当于脱离系统,不会对系统故障产生影响。但通过电压型逆变器并网的DG将会向系统输送无功功率，虽然这对故障时支持系统电压起到了一定的效果，但他可能会影响到功率方向保护，从而产生误动。

3 DG对系统电压的影响

当电力系统接入分布式电源后，电力系统的结构将由单电源辐射型网络变成了多分布式电源的弱环网络。电力系统中引入少量的DG对整个电网不会构成太大的影响。然而，当电网中存在较多的DG单元或存在大容量单元时，DG的引入将对系统电压形态、短路电流、有功及无功潮流等特性有较大的影响。DG并入配网对配电系统的网损和电压分布都有重要影响，同时还与系统连接的DG的具体位置和容量大小以及网络拓扑结构密切相关。

由[1]的结论可以看出，在系统正常运行时，当分布式电源的接入位置不变时，电压的支撑由分布式电源的总出力决定，总出力越多，与负荷的比值越高，电压支撑就越大，整体电压水平就越高；当分布式电源的总出力不变时，分布式电源越接近系统母线，对线路电压分布的影响越小，分布式发源集中于同一节点，对电压的支持效果弱于分布在多个节点上。

如果仅从支持系统电压角度来看，在容量一定的情况下，我们应该多选用单个小容量电压型逆变器并网的DG，首先由于单个容量小，可以广泛的分布在线路上，对支撑电压效果更好；其次，在线路发生故障时，并非立即退出系统，可以继续稳定系统电压。

4 DG对系统保护的影响

现有IEEE Std.1547规约规定，在线路故障后一律将DG切除，这违反了安装DG的初衷，不太可取。但由于配电网庞大的特殊性，要彻底丢弃现有保护和控制系统又是不现实的。如果能在现有保护和自动化系统上改造，并能很好的解决馈线接入DG以后的保护问题，这将是非常有实用价值的，这对分布式发电的推广有很大的促进作用。在现有保护的改造前，如能对DG进行系统的分类，就可以判断该DG是否对系统故障产生影响，减轻了改造的难度和增加了经济效益。

如图所示，其中DG1,DG2,DG3分别为分布式电源：

1）如果3个分布式电源都是通过电流型逆变器并网，无论那点发生故障，由于电子器件的关系，DG将脱离系统，则不需对保护有所改动；

2）当线路中的分布式电源并非都是通过电流型逆变器并网时，此时需对这些通过非电流型逆变器并网的DG在系统中的具体位置、系统发生故障时其向系统注入的短路