分布式能源接入對電網調度影響研究

王 琦，關添升

(1.東北電力設計院，長春 130000；2.吉林省電力培訓中心，長春130000)

分布式能源接入對電網調度影響研究

王 琦1，關添升2

(1.東北電力設計院，長春 130000；2.吉林省電力培訓中心，長春130000)

分布式發電作為技術最成熟的新能源利用方式之一，在國家的大力支持下已經實現連續五年翻番的快速增長。但隨著我國分布式發電裝機規模的擴大，特別是局部地區分布式發電裝機占系統負荷的比重增大，大規模集中式分布式發電開發潛藏的一些技術和管理方面的問題和矛盾日益顯現，主要包括分布式發電消納和安全等方面。文中主要研究分布式發電對調度運行的影響。探索分布式發電調度模式分層調度結構研究，有效提升電網對分散分布式發電的接納能力。

分布式能源；消納；電網調度

0 引 言

在含分布式能源的配電網規劃中，按決策變量的類型可以分為單一分布式能源規劃和分布式能源與配電網架的綜合協調規劃[1-2]。單一規劃是在不改變系統饋線和變電站配置的情況下，對分布式能源的安裝位置和容量進行優化；綜合協調規劃則是分布式能源與配電變電站或饋線等設備的整體規劃，是一種配電網全局優化。

我國風能資源分布呈現顯著不均衡特點，絕大部分陸地風資源集中在三北地區，導致我國分布式發電分布較為集中，大規模集中式分布式發電開發成為我國分布式發電發展的主要方式。但是，隨著我國發電裝機規模的擴大，特別是局部地區分布式發電裝機占系統負荷的比重增大，大規模集中式分布式發電開發潛藏的一些技術和管理方面的問題和矛盾日益顯現，主要包括分布式發電消納和安全等方面。

1 分布式風力發電接入對調度運行的影響

1.1 分布式發電對線路潮流和網絡損耗的影響

分布式電源接入電網的準入容量與其接入位置、接入電網負荷水平與分布特性、接入電網的拓撲結構與阻抗、變壓器抽頭位置等具有密切關系[3]。為了研究論證在風力資源相對豐富的配電網區域分散安裝適量分布式發電機組，實現降低配電網網損，改善系統電壓水平，以典型10 kV網絡為例，進行了不同位置處準入容量的解析與仿真計算，通過對IEEE33節點網絡建模和計算可以得到網損隨接入分布式發電容量的變化示意見表1。

表1 33節點10 kV配電網接入分布式發電前后網損變化 (MW，MVar)

1.2 分布式發電并網影響系統調節能力

由于分布式發電出力具有波動性，分布式發電增加的發電能力并不能減少旋轉機組的備用量，相反電網必須為分布式發電場準備大量的旋轉備用機組來解決其出力波動性的問題，使得常規機組保持在較低的效率水平[4]。從本質上講，在用電負荷一定的前提下，分布式發電并網，相當于降低常規可控機組的出力，使用不可控的間歇電源。系統供電電源中，可以調節的比例降低了。在冬季存在調峰難問題的東北三省，如若系統調節能力不變，隨著分布式發電的接入，問題將更加明顯。

1.3 分布式發電對系統電壓的影響

像風電和太陽能發電等分布式發電功率的波動和分布式發電機組的頻繁啟停；功率的變化將會使電網頻率在一定范圍波動，影響電網中頻率敏感負荷的正常工作。分布式發電功率的波動勢必會引起電壓的變化。另外，分布式發電機組中的電力電子控制裝置如果設計不當，將會向電網注入諧波電流，引起電壓波形發生不可接受的畸變，并可能引發由諧振帶來的潛在問題。

1.4 分布式發電對電能質量的影響

分布式發電接入配電網后，會引入各種擾動，從而對系統的電能質量產生影響[5]。其影響主要有2個方面。

(1)電壓閃爍。分布式發電在下列情況下可能直接或間接引起電壓閃爍:①大型分布式發電系統啟動；②分布式發電輸出突然變化或發生較大變化;③分布式發電和反饋環節的電壓控制設備相互影響。

(2)諧波。分布式發電在下列情況下可能引入諧波:①分布式電源本身就是一個諧波源；②分布式發電經基于電力電子技術的逆變器接入配電網。

2 分布式發電調度模式探索

2.1 虛擬發電廠與調度場景

虛擬發電廠(VPP，Virtual Power Plant)是將分布式電源(DER)、可控負荷和儲能系統有機結合，通過虛擬電廠的控制中心，合并作為一個特別的電廠參與電網運行。在虛擬電廠中，每一部分均與控制中心相連，通過智能電網的雙向信息傳送，進行統一調度協調機端潮流、受端負荷以及儲能系統，以達到降低發電損耗、減少溫室氣體排放、優化資源利用、降低電網峰值負荷和提高供電可靠性的目的。調度場景可以歸納為四種，如圖1所示。

圖1 分布式發電接入調度的4種場景

場景①：單一分布式發電場接入。

采用相對集中開發，具有統一的變電站和控制中心，可直接借鑒大規模分布式發電場的管理和調度模式。

場景②：多個分布式發電場單點接入。

每條配電線路上分散T接入幾臺分布式發電機組，機組分處于不同的區域，每臺機組獨立運行但最終所有分布式發電機組擁有一個公共接入點。

場景③：多個分布式發電場多點接入。

多個分布式發電場各自擁有獨立的升壓站和控制中心，分別接入位于不同區域的公共電網。各分布式發電場可以屬于不同的業主(發電集團)，但由獨立的集總商(Aggregator)建立商業虛擬電廠(cVPP)，進入統一的電力市場。

場景④：多個分布式發電場聚合接入

類似于場景③，但在更高電壓等級處，所有分散的分布式發電場擁有公共的電氣接入點；各分布式發電場可以屬于不同的業主(發電集團)；有獨立的集總商(Aggregator)建立技術虛擬電廠(tVPP)，以便向上級調度機構提供統一控制接口。

2.2 分布式發電接入的分層調度結構

根據上述場景分析，本報告形成分布式發電接入的分層調度結構，如圖2所示。圖中，水平方向為電壓等級層次，依次為分布式發電場、配電網、高壓大電網；垂直方向為調度控制層次，依次為機組控制、分布式發電場控制和電網調度控制。

對于場景①、②，不需要虛擬電廠控制(VPP)環節，分布式發電場通過SCADA系統接入配電網管理系統(DMS)；

對于場景③、④，各分布式發電場的SCADA都需接入虛擬發電廠，然后以商業VPP或技術VPP方式統一接入配電網。

圖2 分布式發電接入的分層調度結構

3 分布式電源孤島現象的影響

分布式電源孤島運行的主要危險來自于異相重合閘。許多配電線路裝有自動重合閘裝置，異相開斷造成的電網電壓不同相接入定速風機就會在電機中引起非常大的電流和轉矩，因而需要快速孤島保護。另外，一旦重合閘引起供電中斷，分布式能源就會變為獨立運行[6-7]。并且在脫網情況下，如果沒有特定的控制策略，可能會向電網提供異常頻率的電流和電壓。因而一旦產生孤島，需要能夠快速檢出并協調進行快速切除，同時盡可能保證區域負荷供電。因此，分散分布式發電機組必須帶有孤島檢測功能。

4 結束語

分布式電源大多位于負荷中心附近，裝機規模小，不以大規模遠距離輸送電力為目的，所產生的電力就近接入當地電網進行消納的分布式發電。文中系統的分析了分布式能源對電網調度的影響，主要研究了分布式發電對調度運行的影響，并對分布式發電調度模式探索方面進行詳細闡述，基于四種場景虛擬機分層調度結構的探索，并對分布式能源孤島運行時的影響進行分析。

[1] 李 鵬,郭曉斌,許愛東,等.用戶側微電網的特征及關鍵技術[J].南方電網技術，2015(4).

[2] 寧光濤,謝海鵬,別朝紅,等. 海南電網分布式光伏消納能力評估[J].南方電網技術，201505).

[3] 尤 毅,劉 東,于文鵬,等.主動配電網技術及其進展[J].電力系統自動化，2012(18).

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[5] 尤 毅,劉 東,鐘 清,等. 主動配電網優化調度策略研究[J].電力系統自動化，2014(9).

[6] 陳建斌,付 超,陳柔伊,等.含多種分布式電源的微網系統孤島運行安全穩定性[J]. 南方電網技術，2013(4).

[7] 申 展,胡輝勇,雷金勇,等. 分布式電源接入用戶及用戶側微電網雙向電能計量問題[J].南方電網技術，2015(4).

Study on the Effect of Distributed Energy Access to Power Grid Scheduling

WANG Qi1,GUAN Tian-sheng2

(1.Northeast Electric Power Design Institute,Changchun 130000，China；2.Jilin Electric Power Training Center,Changchun 130000,China)

Distributed generation, as one of the most mature technology, is one of the most mature new energy uses, and has achieved a rapid growth of five years in the country. But with the expansion of installed capacity of distributed generation in China, especially locally distributed power generation installed for system load proportion increases, the potential development of large-scale centralized distributed generation technologies and management problems and contradictions have become increasingly apparent, mainly including the distribution type power consumptive and security. This paper mainly studies the effect of distributed generation on the scheduling operation. Study on the hierarchical scheduling structure of distributed generation scheduling model, effectively improve the power grid's acceptance ability of distributed generation.

Distributed energy consumption; Power dispatching

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.12.014

2015-10-28

2015-11-11

關添升(1985-)，女，吉林吉林人，碩士研究生，工程師，研究方向：電力系統繼電保護。

TM712

B

1009-3230(2015)12-0042-03