分布式電源接入對配網的影響研究

摘要：分布式電源接入配網對配電網既有正面影響也有負面影響。首先概述了分布式發電技術的原理和特點，其次從潮流分布、電能質量、供電可靠性和繼電保護四個方面詳細闡述了分布式發電對配網的影響，以期為提高配電網對分布式電源的接納能力，充分發揮分布式電源在配網中的作用提供有利參考。

關鍵詞：分布式發電技術；配電網；電能質量；供電可靠性；繼電保護

中圖分類號：TM71 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0199-02

地球上可供人類使用的煤炭、天然氣、石油等化石燃料資源是有限的，隨著時間的增長和人們對這些不可再生能源的開發利用，這些能源終有一天將耗盡。[1]另外，在使用這些化石燃料能源時不可避免會對環境產生一定的負面影響。在此背景下，太陽能和風能等新能源以可再生、對環境無污染等特點引起相關研究人員的關注，風力發電和光伏發電等分布式發電技術是一項前景極好的可再生能源發電技術。[2]然而由于分布式能源的隨機性和不可調度性，分布式電源接入配網不可避免的對配電網產生或正面或負面的影響。

本文首先概述了分布式發電技術的原理和特點，其次從潮流分布、電能質量、供電可靠性和繼電保護四個方面詳細闡述了分布式發電對配網的影響，以期為提高配電網對分布式電源的接納能力，充分發揮分布式電源在配網中的作用提供有利參考。

一、分布式發電技術

分布式發電技術是指裝機容量較小、直接接入配電網或者安裝在電力用戶側附近的新能源發電系統，多應用于電網側和需求側的某些特定要求場合，能夠經濟、可靠、高效發電的技術。[3，4]

風能是一種清潔的可再生能源，風力發電是其最重要的一種利用形式，風力發電系統是實現風能轉換為電能的裝置，主要由風輪機、齒輪箱、發電機、自動控制裝置及支撐塔架組成。其工作原理是風輪機吸收風能利用風力帶動風車葉片旋轉，將風的動能轉換為風輪軸的機械能，通過齒輪箱與發電機轉子連接，帶動發電機發電，將機械能轉換為電能。[5]

太陽能是一種儲量極其豐富、分布十分廣泛的可再生能源，不會對環境造成污染，是一種極具開發潛力的理想能源。[6]太陽能光伏發電是太陽能直接應用的一種形式，并網光伏發電系統由光伏陣列、并網逆變器、逆變器控制系統等部分組成，其發電原理是利用半導體界面的光生伏特效應，將太陽光能轉化為電能。光伏陣列由光伏電池串并聯組成，光伏陣列輸出的電能經過逆變器和濾波及升壓電路送至電網，再經過并網逆變器轉換成交流電向電網供應。

二、分布式電源接入對配電網的影響

風力發電和太陽能光伏發電等技術的快速發展，使得分布式發電系統接入配電網的問題也越顯突出。分布式能源發電系統輸出的功率存在較大的隨機波動性，大量分布式電源接入給傳統配電網的潮流、電能質量、供電可靠性和繼電保護等方面帶來了諸多不利影響。[7-10]

1.潮流

傳統配電網為單電源輻射網，當接入分布式電源后，由輻射網變成了環網，且增加了電源分布，[11]整個配電網的負荷分布將發生較大變化，此時配電網不再是一個無源網絡，其內部的負荷有很大部分由分布式電源提供電能，配網系統潮流特性將會發生改變，網損大小隨之改變。分布式電源接入可能增加網損也可能降低網損，主要取決于分布式電源的接入容量、接入位置以及配電網的拓撲結構和負荷分布。[12]

（1）當所有接入地點的分布式電源出力小于該處的用電負荷時，分布式電源的接入會引起配網線路損耗降低，但是線路上的潮流流向不會發生改變；（2）若配網接入的分布式電源總出力小于所有接入位置處的用電負荷，但至少存在某一處接入點的分布式電源出力大于該處的用電負荷，則會引起部分線路網損增加，部分線路網損減小，但配網系統總的網損會下降，同時引起線路潮流發生逆流；（3）若至少有某一處接入點的分布式電源出力小于該處的用電負荷，應該考慮兩種情形，第一種情況是所有分布式發電電源出力總和小于所有接入點處的用電負荷之和的兩倍及以上時，對電網潮流影響與情況（2）一致，否則將會引起總網損增加。[13，14]

2.電能質量

分布式電源接入配網對配網電能質量的影響主要表現為引起電壓波動和產生諧波。在未接入分布式電源之前，配電網大多呈輻射狀，負荷的變動會引起電網電壓的波動，電壓沿著配電線路潮流方向逐漸下降，電壓波動劇烈程度逐漸增強。當分布式電源接入配網后，由于在某些負荷處有功率的注入，部分負荷與分布式電源出力相抵消，線路上的傳輸功率減少，且由于系統無功注入的改變，各節點處電壓隨之發生變化，可能會引起電壓波動變大，也可能使其變小。[15]當分布式電源接入位置的負荷增加，該處的分布式電源出力也增加時，分布式發電的接入可以降低電壓波動；反之，則會增大系統電壓波動。但由于分布式電源多具有反調峰特性，故當其接入系統通常會增大電壓波動劇烈程度。

分布式電源接入配網也會帶來諧波污染問題。一方面，風力發電系統和光伏發電系統一般都配有整流-逆變設備和大量電力電子裝置，[16]其電源本身即為一個諧波源。另一方面，分布式發電系統一般需要經過逆變器并入系統，而逆變器中的電力電子設備也會產生一定的諧波。由于諧波的注入，進而會引起配網電壓發生畸變，使配網的電能質量受到一定的影響，因而需要配置濾波裝置、無功補償設備等抑制諧波分量。

3.供電可靠性

供電可靠性是用來度量供電企業的供電水平和管理水平高低的一項重要指標，是電力系統按照可接受的電能質量標準和所需數量不間斷的向用戶提供電力和電能量能力的度量。[17]配電網處于電力系統末端，是電力系統向電力用戶提供和分配電能的重要環節，而配電網多為輻射狀網絡，故障發生率較高，且對單故障較敏感，因此需要對配電網供電可靠性進行科學評估。

分布式電源接入配網系統，其供電可靠性將發生變化。在傳統的配網系統中，任意一條線路上某處發生故障，其后的負荷都有可能發生停電事故，而分布式電源接入后，配網成了多電源與用戶相連的環狀網絡，即便某些線路發生故障，分布式電源可能與用戶構成自持供用電系統，即孤島運行狀態，從這方面來說，分布式電源的接入對提高配電網供電可靠性是有利的，但是孤島效應可能會造成電力孤島區域的頻率和電壓的不穩定，容易引起用電設備的損壞，嚴重時可能會對電網負載及人身安全造成危害。[18]

分布式電源的接入可以抵消部分負荷，增加配網裕度，為配網提供無功，具有一定的電壓支撐作用。當系統發生故障時，配網可能會轉化為孤島運行狀態，在滿足電力系統安全約束的前提條件下，可以提高供電可靠性。然而，分布式電源的接入也會對配網供電可靠性帶來負面影響，如當孤島系統重新并網時，可能由于非同期重合閘引發斷路器受損，產生較大的沖擊電流，對配電網及用戶端造成不利影響。

4.繼電保護

由于傳統配電網結構簡單，其配套的繼電保護裝置也較為簡單，目前常用的主要有以下兩種：傳統三段式電流保護和反時限過流保護。[19]傳統三段式電流保護根據靈敏度整定情況互相配合使用，為電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護。反時限過電流保護的動作時限與短路電流的大小有關，短路電流越大，保護動作時限越短，可以同時滿足速動性和選擇性的要求。

分布式電源接入配電網絡后，當系統發生故障時，存在潛在的雙向故障電流，從而會影響保護裝置檢測的故障電流的大小和方向，可能會引起誤動和拒動。另外，分布式電源會延長故障點短路電流的去游離時間，使自動重合閘裝置在動作時電弧重燃，導致重合閘失敗，而在系統電源和分布式電源不滿足準同期重合閘要求時可能會出現非同期合閘問題，也會導致重合閘失敗。[20]

三、結論與展望

通過本文的分析可以看出，分布式電源的接入改變了配網結構，對配電網的影響既有正面的也有負面的。隨著現代社會的科技發達，計算機和網絡通信技術的高速發展，將其運用于電力系統實現配網自動化勢在必行。通過采用先進技術和提高配網管理水平，降低分布式發電對配網的負面影響，提高配網對分布式電源的接納能力，改善整個配網系統的電能質量，提高供電可靠性，使分布式電源在配網中充分發揮作用，這為整個社會帶來的經濟效益和社會效益都是相當顯著的。

參考文獻：

[1]萬航羽.風電場模型研究及應用[D].北京：北京交通大學，2008.

[2]呂志盛，閆立偉，羅艾青，等.新能源發電并網對電網電能質量的影響研究[J].華東電力，2012，40（2）：251-256.

[3]Daly P A，Morrison J.Understanding the potential benefits of distributed generation on power delivery systems[C].Rural Electric Power Conference，2001.

[4]鄭健超.電力前沿技術的現狀和前景[J].中國電力，1999，

32（10）：9-14.

[5]刁瑞盛，徐政，常勇.幾種常見風力發電系統的技術比較[J].能源工程，2006，2：24-29.

[6]李春鵬，張廷元，周封.太陽能光伏發電綜述[J].電工材料，

2006，（3）：45-48.

[7]趙巖，胡學浩.分布式發電對配電網電壓暫降的影響[J].電網技術，2008，32（14）：5-9.

[8]姜鳳利，樸在林，吳碩，等.分布式發電對農村配電網電壓分布和網損的影響[J].沈陽農業大學學報，2014，（2）：16.

[9]王志群，朱守真，周雙喜，等.分布式發電對配電網電壓分布的影響[J].電力系統自動化，2004，28（16）：56-60.

[10]許曉艷，黃越輝，劉純，等.分布式光伏發電對配電網電壓的影響及電壓越限的解決方案[J].電網技術，2010，34（10）：140-146.

[11]李曉明，劉淑瓊.分布式發電對配電網的影響及對策[J].高科技與產業化，2009，（11）：80-83.

[12]李蓓，李興源.分布式發電及其對配電網的影響[J].國際電力，

2005，9（3）：45-49.

[13]肖鑫鑫.計及分布式電源的配網潮流和短路電流計算研究[D].上海：上海交通大學，2008.

[14]武亞非.分布式發電及其對配電網潮流影響的仿真分析[D].鄭州：鄭州大學，2011.

[15]Ackermann T，Knyazkin V. Interaction between distributed generation and the distribution network：operation aspects[C].Transmission and Distribution Conference and Exhibition 2002： Asia Pacific.IEEE/PES.IEEE，2002，2：1357-1362.

[16]呂艷坤.淺談新能源接入對智能配電網的影響[J].科技資訊，2012，（30）：128-129.

[17]王浩鳴.含分布式電源的配電系統可靠性評估方法研究[D].天津：天津大學，2012.

[18]安靜.計及分布式電源的配電系統可靠性評估[D].北京：華北電力大學，2012.

[19]周衛，張堯，夏成軍，等.分布式發電對配電網繼電保護的影響[J].電力系統保護與控制，2010，（3）：1-5.

[20]劉海龍.分布式發電對配電系統繼電保護的影響與對策研究[D].宜昌：三峽大學，2012.

（責任編輯：孫晴）