分布式发电对并网对配电网影响研究

分布式发电对并网对配电网影响研究

发表时间：2014-12-17T10:48:54.030Z 来源：《科学与技术》2014年第10期下供稿作者：郑伟

[导读] DG技术是伴随着新能源特别是可再生能源技术的发展而兴起的一门新技术，本文介绍了DG技术、DG并网后对配电网的影响以及DG的研发重点和应用前景

郑伟广东电网有限责任公司云浮供电局 527300

摘要：简要介绍了分布式发电(DG)的概念,分析几种主要的分布式发电技术，分析了分布式发电并网后对电能质量、继电保护、配电网可靠性、配电网规划、实时监控和电网调度、孤岛运行问题等方面的影响研究。

关键词：分布式发电；技术；并网；配电网

１.DG的概念和意义

1.1 概念

DG技术正处在发展阶段，目前尚未对DG有统一的定义。一般认为，DG是指为满足终端用户的特殊需求，接在用户侧附近的小型发电系统。分布式电源（distributed resource ,DR ）是指DG 与储能装置（ energy storage ,ES ）的联合系统，其规模一般较小，通常为几十千瓦至几十兆瓦，所用的能源包括风能、太阳能、小水电、天然气、生物质能等清洁能源或可再生能源；而ES主要为蓄电池，也有超级电容器或采用飞轮储能等。此外，为了提高能源的利用效率，并降低成本，可采用冷、热、电联供方式或热电联产的方式。

2. DG技术

2.1 风力发电技术

风力发电技术是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。由于自然界的风速是极不稳定的，风力发电机的输出功率也极不稳定。风力发电机一般由风轮、发电机、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风轮是集风装置，其作用是把流动空气具有的动能转变为机械能。风力发电机中调向器的功能是使风轮随时迎着风向，从而最大限度地获取风能。一般来说，风力发电机是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。限速安全机构是用来保证风力发电机的运行安全，其设置可使风轮的转速在一定的风速范围内基本保持不变。

2.2 生物质发电技术

生物质能发电系统是以生物质能为能源的发电工程的总称，包括沼气发电、柴薪发电、秸秆发电、工业有机废料和垃圾焚烧发电等，这类发电的规模和特点都受生物质能资源的制约。生物质能发电的优点有：生物质是可再生的，其能源资源不会枯竭；垃圾、有机废弃物会对环境造成污染，大量农作物秸秆焚烧会污染环境，若将其用于发电，则可变废为宝；生物质资源比较分散，能源密度低因此生物质发电的装机容量一般较小，比较适合作为小规模DG。

2.3 光伏发电技术

光伏发电技术是一种将太阳光辐射能通过光伏效应，经光伏电池直接转换为电能的发电技术，它向负荷直接提供直流电或经逆变器将直流转换成交流输出。光伏发电系统除了其核心部件光伏电池、电池组件、光伏阵列外，还有能量变换、能量储存以及控制与保护等环节，其结构如图１所示。光伏发电不需要燃料，环境友好，无转动器件，维护简单，维护费用低，由模块组成，可根据需要构成及扩大规模，其应用非常广泛，如太空航空器、微波中继站、城市屋顶光伏发电等。由于光伏发电系统的建设成本较高，其发电效率也有待提高，影响了光伏发电技术的大范围应用。

图１光伏发电系统示意图

2.4 分布式储能技术

当DG以独立或孤岛方式运行时，储能系统是必不可少的，因此伴随着DG 技术的发展和应用，电能存储技术和设备也正在受到越来越多的关注。分布式储能技术主要包括蓄电池、飞轮储能、超级电容器、超导磁储能、相变储能等，另外，还有利用电加热蓄热砖或蓄热水的蓄热储能，以及制冰及冷水的蓄冷储能。

3. DG并网对配电网的影响

3.1 对电能质量的影响

DG对电能的影响主要包括：

ａ）电压波动与闪变。由于DG的启动和停运与用户需求、政策法规、电力市场、气候条件等众多因素有关，因此，其投入与退出具有不确定性，这就使配电网的电压常常发生波动。DG的频繁投退会使配电网线路上的潮流发生较大变化，从而加大电压调整的难度。同时，若大型DG的启动、输出短时剧变，DG和反馈环节的电压控制设备相互作用都会直接或间接引起电压闪变。

ｂ）谐波污染和直流注入。DG采用大量电力电子技术和设备，因此将给系统带来大量谐波，对电网造成谐波污染。另外，若DG无隔离变压器而与配电网直接相连，则有可能向配电系统注入直流，使变压器和电磁元件出现磁饱和现象。

ｃ）对系统稳态电压的影响。集中供电模式下的配电网一般呈辐射状，稳态运行时电压沿馈线潮流方向逐渐降低。接入DG后，由于馈线上的传输功率减少且DG输出无功的支持，导致一些负荷节点的电压被抬高甚至超标。

3.2 对继电保护的影响

DG并网将导致采用传统辐射状供电模式的配电网发生根本性变化，潮流不再单向地从变电站母线流向用户负荷，配电网各种保护定值与机理也将随之发生变化。DG并网对继电保护的影响主要有以下几个方面：ａ）引起继电保护误动作。传统的配电网末端一般无电源，不会产生转移电流，因而控制开关的继电器亦不具有方向性。当其他并联分支故障时，会引起安装有DG分支上的继电器误动，造成该无故障分支失去配电网的主电源。

ｂ）使重合闸不成功。若配电网继电保护装置重合闸功能已投入，当配电网故障时，DG的切除时间必须早于重合闸，否则将引起电弧重燃，导致重合闸不成功。

ｃ）缩小保护区。当有DG功率注入配电网时，会使继电器原来的保护区缩小，导致保护拒动。

3.3 对配电网可靠性的影响

DG并网对配电网供电可靠性的影响有两方面，其中不利影响是：大电网停电时，由于燃料中断或辅机电源失电，部分DG会同时停运，降低了供电可靠性；DG 并网时若继电保护配合不好，易引起继电保护误动，反而会降低供电可靠性；DG的安装地点、容量和连接方式不适当会降低配电网的供电可靠性。有利影响是：DG可消除或减少输配电网的过负荷和堵塞，增加输配电网的输电裕度，提高系统可靠性；合理安装DG可缓解电压降，增强系统对电压的调节性能，提高系统的可靠性；特殊设计的DG可在大力输配电系统发生故障时继续保持运行，从而提高系统的可靠性。

3.4 对配电网规划的影响

传统配电网规划主要是在满足负荷增长和安全可靠供电的前提下，根据规划期间网络中空间负荷预测的结果和现有网络的基本状况来确定最优的系统规划方案。但由于DG并网具有不确定性，使配电网规划变得较为困难，主要表现为：DG的接入会影响系统的负荷增长模式，使原有配电系统的负荷预测和规划面临更大的不确定性，影响后期的系统规划；在配电网规划中，通常假定在规划期间规划区域内的电网负荷将逐年增加，因此会在规划中新建变电站，但由于DG的出现和并网，导致难以寻找最优的网络布置方案，不能得到科学的规划结果。

3.5 对实时监控和电网调度的影响

传统配电系统的实时监控和调度是由电网统一执行的。传统配电网的受端是１个无源的辐射状电网，其信息采集、开关操作、配电调度等相对比较简单，但DG并网将使此过程复杂化，不利于调度员的正确决策，增加了监控与调度的难度。同时，由于DG并网需要增加一些信息量，而这些信息是监视信息还是控制信息或执行主体，均需要通过具体的DG并网协议来最终确定。

3.6 孤岛运行问题

孤岛运行是DG需要解决的一个极为重要的问题。通常情况下，DG的保护继电器在执行自身的功能时，并不接受来自外部与之所联系统的信息。假如配电网断路器已经断开，但DG的继电器未能监测到该情况，仍然向部分馈线供电，最终将对系统或人员安全造成伤害，所以孤岛的监测尤为重要。另外，当配电网的断路器重合时，DG的发电机仍然联网，会因异步重合带来的冲击导致原动机损坏。这样，DG 的存在将使配电网的运行策略发生变化，采用瞬时重合闸的配电网不得不延长重合闸的间隔时间，以保证DG有足够的时间监测到孤岛状态，并将其与配

电网系统解列。

3.7 其他方面的影响

大量DG并网后，除了会对配电系统有上述影响外，还会造成短路电流超标、铁磁谐振、变压器接地等，从而影响配电网效益。

4.结束语

DG技术是伴随着新能源特别是可再生能源技术的发展而兴起的一门新技术，本文介绍了DG技术、DG并网后对配电网的影响以及DG 的研发重点和应用前景。DG作为一种具有竞争力的新型发电方式，在未来的电力系统中将占有越来越重要的地位，其在我国有着广泛的应用前景，但是该技术目前尚不成熟，仍有许多待研究和解决的问题。大量DG的接入必将给传统的末端无电源的辐射状配电系统带来巨大的挑战，因此，必须对DG接入配电系统带来的影响进行分析与研究并提出相应的解决措施，以尽可能减小DG并网所产生的负面影响，发挥其积极的作用。