配電網中分布式電源接入體系研究

張婷婷，劉 晨，宮及峰，趙婉旭

（國網遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168）

配電網中分布式電源接入體系研究

張婷婷，劉 晨，宮及峰，趙婉旭

（國網遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168）

分布式電源的產生，對配電網的安全、可靠、經濟運行提供了巨大支撐，有效緩解了能源危機及環境問題。在分布式電源接入過程中，需要考慮不同的接入等級、接入容量及位置對配電網帶來的影響。針對配電網中分布式電源的接入，分析了分布式電源接入對配電網的影響及分布式電源接入配電網應遵守的相關約束條件；綜合考慮了不同因素，提出了配電網中分布式電源的接入體系，詳細介紹了分布式電源接入準入容量和最優接入容量計算原則及方法；在所提分布電源接入體系基礎上，實現了在典型光伏系統接入33節點配電網中，驗證該體系有助于指導分布式電源的接入。

分布式電源；配電網；接入體系

一次能源的過度利用、環境污染的進一步加劇等問題給社會發展帶來諸多不利影響。電能作為社會生活必不可少的條件，其作用越來越明顯，資源問題給傳統發電帶來新的挑戰。隨著科學技術的日益成熟，人們加大了對可再生能源的研究進程，分布式電源（distributed generation，DG）因此得到了快速發展。其發電的靈活性、清潔性給配電網帶來了諸多益處，是實現節能減排的重要舉措。

分布式電源的接入對配電網產生了一定影響，然而，能源供給的新途徑如何選擇接入方式則會對配電網產生不同影響［1－2］。文獻［3］從經濟性、可靠性和安全性等3個方面建立了分布式電源接入評價體系，通過相關體系的建立評估分布式電源的并網效用；文獻［4－6］分別從電能質量、電壓穩定性、系統重構等方面對分布式電源接入配電網系統后的狀態進行了深入評估。然而，上述研究僅針對接入后對配電網的狀態進行評估，而未涉及分布式電源接入模式及相關體系的研究。

分布式電源接入體系的研究對開展分布式電源的接入具有一定的指導意義。基于此，本文首先從理論層次分析了分布式電源接入對配電網的影響及相關約束條件；其次，綜合考慮不同因素，提出了配電網中分布式電源的接入體系，詳細介紹了分布式電源準入容量和最優接入容量計算原則及方法，最后，在分布式電源接入體系研究基礎上，實現了1個典型光伏系統接入33節點的配電網，驗證該體系有助于完成不同種類分布式電源的接入。

1 理論分析

分布式電源的接入改變了原有配電網的潮流分布情況，作為獨立的供電單元，分布式電源可向配電網中輸送功率。分布式電源接入配電網模型如圖1所示。

圖1 分布式電源的配電網模型

分布式電源接入第i個系統節點，則第i個系統節點處的功率情況如式（1）、式（2）所示。

式中：Pi和Qi分別是配電網系統節點i處流出的有功及無功功率；Ui是節點i處的電壓；ri、xi分別是節點i與其下一節點所聯的支路電阻及支路電抗；PLi、QLi分別是節點i處的有功負荷及無功負荷；Pdgi、Qdgi分別為節點i處分布式電源注入的有功和無功功率。

分布式電源接入后會對配電網產生瞬時的沖擊。當系統處于運行穩定時，各節點及線路上的潮流應處于動態穩定狀態，即滿足式（3）約束條件：

然而，在分布式電源接入過程中，同樣應考慮分布式電源的發電能力，系統接入點的承受能力及線路的承載能力。

a.節點電壓約束

式中：Uimax和Uimin分別為配電網系統中第i個節點處的電壓上限及下限值，即在分布式電源接入配電網系統后，接入點電壓不得超過1.07 pu。

b.DG功率約束

式中：Pdgimax為分布式電源發電的最大限值，即在分布式電源接入中接入容量不應超過其最大的發電容量。

c.支路功率約束

式中：Pkmax是配電網系統中第k條支路的最大傳輸功率值；Nline為支路總數，即考慮到配電網線路的最大載流量。

2 分布式電源接入體系研究

2.1 接入流程

目前，分布式電源發電還處于發展階段，在接入過程中往往以分布式電源能夠并網，能夠輸送電能為基準。然而，不同的接入位置及容量對配電網的影響不盡相同，盲目接入則會帶來相反的效果。因此，制定適合分布式電源的接入體系有助于實現正確的分布式電源接入方式，通過相關指標明確分布式電源最佳的接入方案。分布式電源接入體系的研究對開展分布式電源的接入具有一定的指導意義。在分布式電源接入過程中應綜合考慮分布式電源的種類、接入等級、接入容量、并網點及設備配置等因素。本文所提的分布式電源接入體系如圖2所示。

圖2 分布式電源接入體系

2.2 準入容量確定

分布式電源的準入容量體現了原有配電網網絡對于分布式電源分散注入功率的最大接納能力。準入容量的確定與配電網電壓、系統保護、穩定性、可靠性等一系列的運行參數有關［7］。

準入容量需考慮系統電壓約束、系統保護約束、諧波約束、啟停約束及其他約束條件。

2.3 最優接入容量確定

準入容量下的分布式電源接入無法保證系統處于最佳運行狀態，如何確定最優的接入容量和位置則是另一個重點研究內容。研究分布式電源最優接入容量及位置時，應先確定相應的優化目標、建立相應的理論優化模型，然后通過相應的計算方法得出最優量。優化模型可從費用、降損、可靠性角度對分布式電源接入進行建模［8］，如考慮降損問題的建模如下：

式中：f為系統網絡損耗函數，Pi、Qi分別為支路i末端的有功與無功負荷；Ui為支路i末端的電壓；Ri為支路i的電阻；n為支路數。

分布式電源最優接入容量求解需要復雜的計算過程，潮流分布的動態改變加大計算的難度和時間。智能優化算法對于求解復雜的非線性問題、多目標優化問題提供了良好的途徑。遺傳算法、粒子群算法、螢火蟲算法、蟻群算法等智能優化算法得到了廣泛應用。

2.4 并網點選擇

配電網系統分布式電源的并網電壓等級主要有10 kV及380 V 2類。10 kV系統網絡對分布式電源的接納能力較大，可實現中等規模的分布式電源的接入，在10 kV系統中，分布式電源主要的并網點包括公共電網變電站10 kV母線、公共電網開關站、配電室或箱變10 kV母線、公共電網10 kV線路及用戶10 kV母線。

380 V系統網絡對分布式電源的接納能力較弱，往往適合自發自用、余量上網的小型分布式電源接入，分布式電源接入380 V系統的主要并網點包括公共電網配電室或箱變380 V母線、公共電網配電箱380 V母線、用戶配電室或箱變380 V母線和用戶配電箱380 V母線。

2.5 系統配置

分布式電源接入10 kV及380 V系統根據不同的分布式電源接入種類，存在不同的系統配置，系統配置主要包括繼電保護配置、調度自動化配置及相關的通信與監測系統配置。

3 案例分析

本文選取某地區的1個配電網網絡為研究對象，其中配電網的系統結構如圖3所示。系統33節點的參數如表1所示。

圖3 配電網系統結構

表1 系統33節點參數

在本次分布式電源接入中，選取光伏發電作為接入電源，接入系統10 kV電壓等級。

考慮到分布式電源接入點電壓約束，對分布式電源的準入容量進行計算，即保證分布式電源接入點處的系統電壓不得超過1.07 pu。通過計算得出系統33節點不同的系統準入容量如圖4所示。

圖4 33節點各節點的準入容量

從圖4中可以看出，配電網不同的節點對分布式電源的最大接納能力不同，11節點的準入容量最大，說明處于中間位置的接入點的接納能力最大，而兩側節點的準入容量相對較小。

針對最優接入容量的技術，本文以系統網損最小為目標函數，建立了系統優化模型，網損目標函數如式（8）所示：

式中：N表示該配電網系統中電網支路的條數；i，j分別為第k條支路兩端的節點編號；Gk（i，j）則為配電網支路k的電導；δij為節點i，j的電壓相角差。

粒子群算法結構簡單、尋優能力及收斂能力較強，因此，本文選用粒子群算法進行分布式電源接入最優容量的尋優。通過尋優得到了系統最小網損下的分布式電源接入點及位置為［16，582 kW］，最優接入容量為582 kW，小于16節點的準入容量664 kW，滿足系統接入點電壓要求。

通過結合實際接入點的地理位置情況及能源使用情況等，本次光伏發電選擇接入10 kV用戶母線，在本次光伏系統接入設備配置中，并網點配置1套三段式電流保護，具備低周低壓功能。斷路器采用20 kA；在用戶10 kV側設安全自動裝置，實現頻率電壓異常緊急控制功能，跳開相應斷路器。接入10 kV母線的開關具備遙信、遙測功能。配置電能量遠方終端，采集光伏電站所有并網點電量信息，并配置電網調度管理終端和路由器、交換機，接入電網調度管理系統。

4 結束語

分布式電源接入體系的研究對開展分布式電源的接入具有一定的指導意義。本文首先從理論層次對分布式電源接入后的潮流進行了分析，同時分析了分布式電源接入點處需要滿足的相關約束；其次，建立了配電網中分布式電源的接入體系，并詳細介紹了分布式電源準入容量和最優接入容量的計算原則及相關方法，最后，在本分布電源接入體系基礎上，實現了1個典型光伏系統接入33節點的配電網，對接入點的準入容量及最優接入容量進行了計算分析，并得到了優化結果，驗證了該體系的適用性。

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［3］柳 睿，楊 鏡，程浩忠，等.分布式電源并網的綜合評價［J］.電力系統及其自動化學報，2013，25（1）：34－39.

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Research on Distributed Generation Access System in Distributed Grid

ZHANG Ting?ting，LIU Chen，GONG Ji?feng，ZHAO Wan?xu
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Metrological Center，Shenyang，Liaoning 110168，China）

The distributed power generation provides great support on distribution network safety，reliability and economic operation，the energy crisis and environmental problems are also effectively alleviated.However，the impacts of the distribution network bring by the distributed power different levels of access，capacity and location should be the considered.The impact of distributed power access to the distribution network and the relevant constraints complied by the distributed power distribution are analyzed in this paper.The ac?cess system of the distributed power considering different factors is presented，the distributed power capacity and optimal access capacity calculation principles and methods are presented in details.A typical PV system distribution network accessing to the power system of 33 nodes is achieved based on the realization of the access system and the direction of the access system proposed in this paper is verified.

Distributed generation；Distributed grid；Access system

TM732

A

1004－7913（2016）06－0004－04

張婷婷（1977—），女，學士，高級技師，從事電力系統相關技術研究。

2016－01－22）