分布式電源對配電網自愈控制的影響研究

山東省女子監獄 徐 岳

山東中煙工業有限責任公司濟南卷煙廠 孫 振

1.引言

隨著社會的發展，傳統的集中供電模式的不足日漸突出，分布式電源的應用在很大程度上彌補了傳統供電模式的不足，但是分布式電源的并網，對整個電力系統的運行也會造成很大影響，尤其是配電網的自愈控制，包括兩個方面，其一，在配電網發生故障時，分布式電源在一定程度上幫助實現電網的“自愈”，另一方面，又影響配電網的正常運轉，阻礙“自愈”。

2.分布式電源對配電網故障恢復的影響

配電網故障恢復是配電網發生故障后，通過網絡重構在確保系統安全運行的前提下，快速恢復對非故障停電區域負荷的供電，針對傳統的配電網故障恢復問題，國內外都提出了很多的故障算法，比如啟發式算法﹑遺傳式算法﹑禁忌搜索法等。分布式電源介入電網后，配電網的結構和運行方式都會發生巨大的變化，原有的一些算法并不在實用。

分布式電源在故障恢復過程中的應用主要為：

(1)利用DG來支持電網出現故障后恢復到正常的“黑啟動”；

(2)為重要的負荷提供持續供電“孤島”模式。

所謂黑啟動，是指整個系統因故障停運后，系統全部停電（不排除孤立小電網仍處于維持運行），處于“黑”狀態，不依賴別的網絡幫助，通過系統中具有的自啟動能力的發電機組啟動，帶動無自啟動能力的發電機組，逐漸擴大系統的恢復范圍，最終實現整個系統的恢復。而黑啟動關鍵是電源的啟動，而分布式電源具有設備簡單，啟動迅速等優點，在系統面臨大面積停電時，DG能快速的提供電源，獨立的啟動各個子系統動，然后將整個電網逐步連接，完成全網由黑啟動到正常供電狀態的運行，實現電網從事事故發生后到恢復正常的“自愈”功能。還有，DG在故障恢復的另一個作用就是，在故障發生后，DG與大電網分離，繼續向所在的小范圍獨立電網供電，該獨立運行的電網為“孤島”模式。這種模式可以維持系統未出現故障部分的供電，使得一些用于系統檢測和修復的設備得到不間斷供電，從而使得幫助實現電網的“自愈”。

3.分布式電源對配電網繼電保護的影響

配電網，大多是都是單一的電源的輻射型的網絡，繼電保護同樣是按照輻射型的網絡進行設計和整定的[1]。DG接入以后，單輻射的網絡變成了雙端或者是多端的網絡，配電網中的潮流分布﹑故障發生時短路電流的大小和流向會發生根本性的變化，這樣就給繼電保護的整定就增加了很大的難度。目前，我國的配電網一般是輻射型的單電源結構，所以繼電保護比較簡單，一般是采用三段式的電流保護。分布式電源對電流保護影響主要表現為：

(1)分布式電源引起保護拒動。分布式電源提供的故障電流降低了所在線路保護的檢測電流值，使相應的保護因達不到動作值而不能啟動。

(2)分布式電源引起誤動作。相鄰線路發生故障時，分布式電源的反向電流使其所在的健康運行線路的保護檢測到的故障電流大于其整定值，從而引起誤動作，使得分布式發電所在線路無故跳閘。

(3)配電網的故障水平的變化[2]。分布式電源不但會造成故障電流的增大，也會造成故障電流的減少。如果某配電所所在區域的分布式電源的容量非常大，這樣子就會使故障電流產生很大幅度的變化，所以務必要提高斷路器的容量和升級繼電保護裝置。

(4)電壓不能合理的調節。大容量的分布式電源，使所在線路電壓越上限，而當其因故停役時，又可能引起線路電壓越下限。相鄰線路必須增加附屬設施才能滿足電壓調整的要求，增加了接入分布式電源的投資成本。

同時，DG的介入位置不同，故障電流的大小和流向也會有所不同，從而對保護動作行為的影響也就不同。當分布式電源接入配電網后，線路保護的靈敏度降低或者保護范圍縮小。為了減小分布式電源對配電網的影響，一些研究人員提出對現有保護加以改進和完善，以適應分布式電源并網的保護要求。如分布式電源接在110kV變電站35kV母線并通過專線并網時，將配電網原有的距離保護改造為允許式方向縱聯保護，提高了并網變電站的供電可靠性；分布式發電機組通過10kV開關站與系統并網的情況下。目前，我國對含有分布式電源的配電網的繼電保護的研究還處于探索階段，還需要在以下方面深入研究：合理的對線路進行調整，減小分布式電源對保護的影響，升級現有的故障保護裝置或者開發新型的保護設備，從研究分布式電源與電網關系入手，研究分布式發電本身的特點，提出新的保護方案。

4.分布式電源接入對重合閘的影響[2]

配電網發生的故障80%-90%的部分是瞬時性的。重合閘對提高整個系統的供電可靠性﹑減少電網維護的工作量有非常重要的作用。在輻射式配電網結構下，重合閘在迅速恢復瞬時性故障線路時，不會對配電系統產生任何沖擊和破壞。但當配電網中并入分布式電源后，線路發生瞬時故障時，分布式電源可能會導致兩方面的后果：其一，在失去電網電源后，故障點可能由于分布式電源的維持而沒有消除，。當進行重合閘時，可能會引起故障電流的越變，引起故障點電弧重燃，導致絕緣擊穿，進一步擴大事故。其二，在故障發生后，電力孤島與電網往往不能保持同步，在這種情況下，非周期重合閘會引起沖擊電流或者電壓，線路保護可能會發生誤動作，而使重合閘失去了迅速恢復瞬時故障的能力。

5.分布式電源對配電網供電質量的影響

當配電網接入分布式電源時，電網結構將由單電源輻射網絡變成了遍布電源和用戶互聯的網絡。引入少量的DG對整個電網不會構成太大的影響，然而，當電網中存在較多的DG單元或存在大容量單元時，將對電壓質量﹑供電可靠性﹑線損等產生較大影響，從而對配電網自愈控制產生影響。

(1)對配電網電壓分布的影響

DG接入配電網后，在穩態情況下，由于饋線上的傳輸功率減小以及DG輸出地無功支持，使得沿饋線的各負荷節點處得電壓有可能被抬高。電壓被太高的多少與DG的位置以及容量的大小有關系。不同類型的DG對電網電壓的支持作用也是不相同的：同步發電機型DG設備的并網對系統靜態電壓穩定性具有負面影響，而異步發電機型DG和逆變器型DG設備并網能改善系統的靜態電壓穩定性。

負荷節點電壓變化與DG接入點和母線間的距離﹑接入容量﹑有功無功配比以及接入方式（集中接入或多點分散接入）密切相關。合理的規劃DG接入位置﹑接入容量，以及有效地協調眾DG的輸出有功﹑無功配比，就能使得DG的輸出有功﹑無功配比，就能使得DG輸出對配電網電壓，尤其是末端電壓起到良好的支撐作用。

(2)對電壓波動的影響

DG接入配電網時，會影響系統電壓的波動使其增大或者減小，產生積極或消極影響，具體為：DG與當地的負荷協調運行，即當該負荷增加（或者減小）時，DG輸出量增加（或減小），此時DG將有效的抑制系統的電壓波動，產生積極影響，然而，當DG不能與當地的負荷協調運行，如利用自然資源發電的DG，由于其輸出波動性很大，一般難以控制，所以，這類DG很難與當地的負荷協調運行。此時的DG將會增大系統的電壓波動，產生消極的影響。

(3)對配電網無功優化的影響

大量分布式電源，特別是大容量風電場接入電網后會造成電壓波動增大和無功潮流不合理，使得現有的無功控制手段不能滿足要求，嚴重影響配電網的優化運行。電力電子技術的發展使得靜止無功補償器﹑靜止同步補償器﹑靜止同步串聯補償器﹑等無功補償設備在系統中得到了大量應用。分布式電源接入后需要研究綜合運用這些補償設備協調地區電網各電壓等級的無功分布，并針對分布式電源的隨機特性和分相﹑三相混合控制模式，建立地區電網的無功優化和電壓控制模型與分析方法。

另外，某些使用逆變器等電力電子裝置接入系統的分布式電源（以雙饋感應風電機為代表）除了向系統傳輸有功功率之外，同時還具備一定的無功補償﹑有源濾波的功能。

6.結語

本文主要對分布式電源接電網系統對配電網的自愈控制造成的影響進行研究分析，分別從故障恢復﹑繼電保護﹑電能質量三個大方面進行探討，分布式電源的接入在一定程度上有利于配電網的自愈控制，如果和配電網協調不好又會阻礙電網的自愈能力的發揮。

[1]國家電網公司.分布式電源接入電網技術規定[M].北京:國家電網公司,2009.

[2]徐德鴻,徐君,蘇娜等.新能源發電的中若干電力電子問題[J].電力電子,2010,3:11-15.

[3]李新,等.分布式電源并網的潮流計算[J].電力系統保護與控制,2009,37(17):78-81.

[4]薛迎成,邰能靈.國際上分布式電源的互聯標準介紹[J].南方電網技術,2008,2(6):1-17.