分布式可再生能源接入對配電網的影響分析

摘要：分布式可再生能源在全球范圍內引起人們越來越多的關注。為了滿足我國經濟高速發展以及節能環保的需要，基于現有電源和電網的條件，大力推進分布式可再生能源的發展將成為我國電力系統發展的必然趨勢。針對分布式可再生能源具有的污染少、損耗低、可靠性高、能源利用率高等技術特點，分別從網絡損耗和線路潮流、運行可靠性、電能質量、配電網規劃四個方面闡述了其對配電網帶來的影響。

關鍵詞：分布式；可再生能源；配電網

作者簡介：莫蕓（1981-），女，廣東湛江人，廣州供電局有限公司番禺供電局，工程師；匡萃浙（1988-），男，江西吉安人，華南理工大學電力學院碩士研究生。（廣東 廣州 510641）

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）27-0193-02

當前，電力系統朝著大電網、高電壓、交直流互聯的方向發展。[1]隨著分布式可再生能源大量分散接入配電網后，單向輻射式的配電網轉變為分布密集并與用戶互聯的網絡，因此電網潮流將不再自變電站母線單向送出，而是隨著時間出現雙向流動的特征，從而改變了傳統電力系統的運行模式，并由此產生諸多新的研究對象和領域。[2，3]必須針對含有分布式電源（簡稱DG）的電網規劃與運行方式、繼電保護、安全穩定性、對調度控制中心的影響等一系列問題進行深入的研究。

為了促進電力生產的節能減排，目前DG多數采用可再生能源，諸如風力發電、光伏發電、生物質能發電等等，而各種可再生能源發電的連續性、可預測性和可控性都比較差，為電網運行帶來諸多不利的影響[3]，通常涉及到網絡功率損耗、配電線路潮流、配電網運行可靠性、電能質量乃至配網規劃各個領域。

一、對網絡損耗和線路潮流的影響

隨著DG在配電網中的接入，配電網的功率損耗不僅與負荷水平有關，同時還受到與系統相連的DG的位置分布、出力大小以及配電系統拓撲結構等的影響。[4，5]隨著DG的大量接入導致電網中各線路的潮流時空變化特性復雜，這將引起配電網有功網損產生許多變化：

（1）系統中DG的出力只能部分滿足其相鄰節點處的有功負荷，那么將使配電網中所有線路的損耗減小。

（2）系統中DG的出力可以滿足部分相鄰節點處的有功負荷，但DG總出力仍然小于系統的總有功負荷，那么DG的接入可能導致配電網局部有功損耗增加，但配電網總有功損耗將減小。

（3）當配電網中的總負荷量低于DG的輸出總量時，配電網的損耗將大幅度增加。

由此可見，隨著DG的廣泛接入，配電網的損耗可增大亦可減小，這與DG接入的地理位置、用電負荷的大小乃至網絡的拓撲結構是密切相關的。

二、對配網運行可靠性的影響

隨著分布式可再生能源接入配電網，電力系統的安全和可靠性可能往好的方面發展，也可能趨于惡化，這需視具體情況而定。

若將DG以備用電源的角色接入配電網，那么在一定程度上可以減輕電網過負荷的程度，從而有效提高電網的輸電裕度。如果DG的布置合理以及電壓調節有效得力，DG將對支撐系統電壓穩定起到顯著作用，使系統電壓更穩定可控；若DG還具備低電壓穿越能力，在電網發生故障時仍能不間斷運行，并且加大力度向電網輸送無功，電壓驟降得到有效遏制，顯著提升系統對電壓的調節支撐性能。

隨著DG廣泛接入配電網，也有可能使系統的安全可靠性降低：

（1）若是DG不具備低電壓穿越能力，當系統發生故障時該DG將被電網自動切除，而當其所連接的線路故障重合后，DG非但沒有起到電壓支撐的作用，反而會引起電壓的跌落。如果電網無法及時切除DG，造成的非同期重合可能會引起保護誤動作乃至設備受損，最后線路無法及時恢復運行，用戶的停電時間反而增加了。

（2）若DG與配電網的繼電保護不能很好配合的話，可能導致繼電保護誤動作，系統的可靠性隨之顯著降低。

（3）安裝地點、容量和連接方式不適當的DG也可能導致配電網的安全可靠性降低。

（4）對于經典放射狀配電網，電網結構隨著DG的接入而發生了變化，同時短路電流和持續時間也受到了影響，導致繼電保護裝置因為是按原有網絡拓撲圖設計而發生誤動作，最終妨礙了自動重合閘和備自投裝置的準確動作。

此外，當電力系統受到來自外部的干擾時，含大量DG的系統和某些類型DG技術以及電力電子設備將使得轉子轉速偏差逐步增大，振蕩持續時間隨之延長，較大程度上影響了系統暫態穩定，也給系統的安全運行帶來了潛在威脅。

三、對電能質量的影響

DG廣泛接入配電網后不可避免地給配電網帶來各種擾動，包括穩態和暫態兩大類，由此造成了系統的電能質量問題，涉及到四個方面。

1.穩態電壓

（1）電壓升高。當無DG接入時，用戶側電壓通常低于系統側電壓，但當DG單元在負荷側或用戶附近接入時，潮流反向現象將可能出現，嚴重情況下可能導致用戶側電壓高于變電站母線電壓。

（2）電壓降低。當調壓裝置（比如有載調壓變壓器或電壓調節器）的下游接入DG單元，DG的存在有效減輕了壓降補償裝置所測量到的負荷，維持饋線末端電壓達到規定標準的實際設定值普遍高于進行電壓補償時所設的目標電壓值，因此接入DG后饋線上的電壓低于未接時的電壓。

2.電壓波動

（1）若DG與當地負荷同趨勢運行，即DG的出力隨著該負荷的增加（或減小）而相應的增加（或減小），減少了對上級電網遠距離輸電電力的負荷需求，則此時配電網中電壓的波動受到DG接入的抑制。

（2）若DG與當地的負荷逆趨勢運行，如利用自然資源（太陽能、風能、潮汐能等）發電的DG，由于其輸出量相當程度上取決于所屬自然資源的特有屬性（如太陽光輻射強度、風速、海水的勢能等），實現有效的控制將非常困難，則協調此類DG系統與當地的負荷穩定運行將很困難。如此一來系統電壓的波動極可能加劇，展現反調峰特性。

3.電壓閃變

規模較大的DG啟停或者出力大幅波動；DG與作為反饋環節的電壓控制系統相互作用。

針對以上情況，應盡量減少DG系統的啟動次數，并經由逆變器將DG接入配電系統，從而盡量控制DG出力的變化。

4.高次諧波

由于DG系統中采用了一些電力電子設備，再加上DG本身就是一個諧波源，導致DG接入配電網會產生大量高次諧波。以風電并網為例，無論發電機組的品牌與規格，發電機只是一小部分諧波電流的來源，其最大來源是構成風電機組的電力電子元件。正常情況下，諧波干擾的程度取決于變流器裝置的設計結構及其安裝的濾波裝置狀況，同時諧波干擾在一定程度上也受電網短路容量的影響。

四、對配電網規劃的影響

隨著DG在配電網中無規律投入或退出運行的情況大量、頻繁地發生，使得預測電網負荷的不確定性逐漸增大，自然配網規劃人員預測負荷的準確性便大打折扣。為了保證電網的拓撲、參數等能夠適應安全和可靠運行的要求，DG的大量接入對配電系統規劃提出了新的挑戰。

DG接入給配電網規劃所帶來的影響主要包括以下幾個方面：

（1）大量的DG接入使得配電網的負荷預測、規劃和運行的不確定性比以往更為突出。用戶大量安裝DG對提高自身以及配電網的供電可靠性起到了積極的作用，但另一方面使得配網規劃人員預測負荷增長的準確性大打折扣，繼而深刻影響著網絡拓撲、導線參數、無功補償等方面的規劃。

（2）一般來講，配電網規劃考慮的年限通常為5～20年，在此期間的負荷增長率通常假定為某一固定值，隨著越來越多的負荷節點容量的不斷增加，就需要適當新建變電站來滿足負荷的需求。考慮到配電網規劃問題的動態屬性同其變量的維數密切相關，在配電網中不斷增加的DG發電機節點將使得變量維數不斷增加，在追求建造成本、維護成本和電能損耗最小的方案的優化規劃過程中形成“維數災”效應，致使網絡規劃方案的最優化過程更為困難，甚至無法求得可行解。

（3）從保障配電系統安全和穩定運行的角度出發，讓DG接受電力系統的統一調度已經成為廣泛的共識。為此，可以借助FACTS設備對其進行有效的控制和調節，使現有的配電系統集成DG/FACTS單元，這不僅需要對現有的配電自動化系統進行優化，還要使之具備由被動到主動地管理配電系統的能力，尤其是在自動電壓控制、DG與配電系統的協調控制與保護、自動重合閘和備自投的協調控制等方面提出了更高的要求。

（4）DG系統的投運將在不同程度上降低配電線路的利用率，那么，電網公司投資線路的成本將難以在預期時間內收回，導致沉沒成本。在電網公司越來越重視資產全壽命周期管理的今天，如何合理規劃好配電網絡、確保電網運行的經濟性也成為當前的一個重要任務。

（5）DG機組的種類繁多、性能差異很大，而且所依賴的能源形式多樣化，這使得在配電系統中合理地配置電源結構、高效率協調利用各類型的DG顯得尤為重要，更是對配電網規劃人員智慧的考驗。

此外，隨著DG的廣泛應用，使得將國家能源政策、能源規劃等與含DG的電網規劃緊密結合成為一種必然，配電網規劃問題趨于復雜化，并從多維度影響著規劃。

五、小結

DG基于污染少、損耗低、可靠性高、能源利用率高等技術特點在近些年得到了飛速發展。隨著DG越來越多地接入配電系統，給電網帶來的影響不容忽視。本文分別從網絡損耗和線路潮流、運行可靠性、電能質量、配電網規劃四個方面詳細闡述了DG接入給配電網所帶來的影響，希望能夠給相關領域的技術人員提供一些參考。

參考文獻：

[1]錢科軍，袁越.分布式發電技術及其對電力系統的影響[J].繼電器，2007，35（13）：25-29.

[2]王成山，李鵬.分布式發電，微網與智能配電網的發展與挑戰[J].電力系統自動化，2010，34（2）：10-14.

[3]王建，李興源，邱曉燕.含有分布式發電裝置的電力系統研究綜述[J].電力系統自動化，2005，29（24）：90-97.

[4]張勇軍，翟偉芳，林建熙.分布式發電并網的網損影響評價指標研究[J].電力系統保護與控制，2011，（13）.

[5]劉鵬，馬明，張俊芳.分布式電源對配網網損影響的研究[J].現代電力，2008，25（6）：27-30.