分布式電源對配電網的影響探究

吳昊霖

摘要：分布式電源在配電網方面缺乏相應的支撐技術，文章研究了各類分布式電源對配電網的運行造成的影響，針對其結果，從分布式電源的運行以及接口進行分析，從而得到不同影響的原因；針對分布式電源對配電網造成影響條件的不同，對影響進行可靠性評估，并在此基礎上提出相應的解決措施。

關鍵詞：分布式電源；配電網；可靠性評估；解決措施；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM711 文章編號：1009-2374（2017）08-0202-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.099

1 概述

能源的應用和發展成為當前全球經濟的焦點，能源的需求在不斷擴大，傳統的能源可勘探數量銳減。在人類發展的新形勢下，能源形勢愈發嚴峻。分布式電源技術的發展為可再生能源的應用提供了新的方向，也為工業的發展造成的電力供需矛盾提供了解決方案，分布式電源技術將是電力技術在清潔能源方向發展的重要領域。

2 分布式電源技術定義與分類

2.1 分布式電源

分布式電源是指分布于用于附近，滿足于用戶需求，可獨立輸出電能的，存在于公共電網之外的小型的發電系統。

2.2 分布式電源分類

分布式電源的分類原則是其依據分布式電源的發電的類型，從發電類型的不同以及運行的方式可以將分布式電源技術分為：

2.2.1 小水電。小水電的特點是分布范圍廣，單站裝機容量小，易于運行以及維護，調節性能差。

2.2.2 風力發電。風力發電技術借助風能，裝配以風力機，風能推動風輪轉動從而帶動發電機發電。風能當前具備商業發展的分布式電源技術，它的特點是結構簡單，成本低廉，商業運營性價比高，但是轉換效率低，并且該技術與配電網直接耦合，風力發電固有的不確定以及隨機性容易對配電網造成嚴重的影響。

2.2.3 光伏發電。光伏發電是目前國家大力支持的扶貧項目，它的特點是清潔性，造價低，資源廣泛，運行和維護工作少。該技術的發電原理是依賴于光伏陣列接收的輻照度，因此其輸出功率和輸出能量也對天氣的依賴性很強，光伏發電又分為可調光伏發電和不可調光伏發電。

2.2.4 潮汐發電。潮汐發電借助于潮汐蘊藏的大量能量，它是可預測的可再生分布式電源，它屬于間歇性電源，特點是輸出的功率隨機、波動性以及間歇性大，容易造成配電網電能質量的下降，另外，其電壓的波動容易導致配電網的安全和穩定。

2.2.5 其他類型。除了水電、風能、光伏和潮汐發電之外，還存在其他的發電方式，這些發電方式是借助于一定的物質反應過程，比如燃氣發電、火力發電都是將燃氣或者煤炭燃燒轉換為熱能，然后進一步轉換為電能。

3 分布式電源對配電網造成的影響分析

隨著電網建設的發展，分布式電源與配電網的結合越來越常態化，這種模式被認為是電力行業的重要發展方向。分布式電源對配電網的影響主要表現在其對配電網質量、繼電保護以及對配電網系統可靠性和安全穩定性方面。

3.1 對電能質量的影響

電能質量的基本指標是電壓應該保持在允許變化的范圍內，但是分布式電源的介入，使得配電網的電壓分布產生相應的變化。為了方便就近用電，分布式電源一般被安裝在用戶周邊，這樣容易造成配電網的投入和切除時發生電壓波動。分布式電源并網引起的電壓波動的主要原因在于分布式電源輸出功率的波動，輸出功率的波動還可能引起頻率的波動，分布式電源并網如圖1所示：

從上式可看出，電壓波動主要與分布式電源輸出的有功和無功功率有關，又由于分布式電源出力主要以有功功率為主，即P>Q，所以電網電壓的波動和閃變主要源于分布式電源輸出有功功率的波動。

另外，配電網的系統多采用輻射式的拓撲結構，通常情況下，電壓隨著電線逐漸走向降低。分布式電源的接入會造成配電網潮流的大小和方向發生巨大波動從而影響配電網，配電網發生潮流雙向流動的可能性會增大。這是由于分布式電源會產生大量的諧波，在接入配電源時相當于混入一個個的諧波源，同時分布式電源在并入配電網的過程中由于變流器等電力設備的使用也會產生諧波。分布式發電中的諧波與間諧波主要來源于變流器。

3.2 對繼電保護的影響

分布式電源的大量接入，容易改變配電網的拓撲結構，使其從單個電源點的輻射結構變成多電源點與用戶相連接的網絡結構，從單相潮流變成雙向的變電到負荷。分布式電源的接入增加了配電網繼電保護裝置工作的壓力，并且容易出現相應的問題。

分布式電源影響短路時故障電流的等級，這是由于電力電子設備在防止過電流的過程中，分布式電源導致配電網中的電流不能被正確檢測，容易造成過壓以及損壞設備。分布式電源給配電網帶來的復雜影響還體現在配電網故障時產生超量的短路電流，以及配電網的重合閘，處理不當容易造成電弧的重燃。

以配電網的瞬時電流速斷保護為研究對象，瞬時電流速斷保護的動作電流I′dz可按大于本線路末端短路時流過保護安裝處的最大短路電流來整定，如式（9）

所示：

分布式電源接入配電網之后，原有配電網絡的結構發生了較大變化。在故障發生時，由于分布式電源助增電流的作用，流經故障點的故障電流將增大。分布式電源的引入改變了分布式電源附近節點的短路水平，它將給配電網繼電保護的正確動作帶來影響。分布式電源接入配電網，在故障發生時由于分布式電源的助增或分流作用，流過保護裝置的故障電流可能增大或減小，它將改變保護的范圍和靈敏度，給各線路繼電保護的上下級配合帶來影響。如果分布式電源接入后對繼電保護的影響不是太大，繼電保護仍然能夠滿足保護范圍和靈敏度要求，就不需要改變繼電保護。對于配電網的一些新型保護如基于數據信道的方向保護等，由于分布式電源改變了附近節點的短路水平，因此仍存在著是否滿足靈敏度要求的問題。

3.3 對配電網系統運行可靠性的影響

通常來說，分布式電源在配電網中對系統的安全和可靠性影響要從兩個方面討論：一方面是分布式電源能夠為配電網消除一部分的過載，從而提高電網的傳輸容量，以便于合理規劃提高和改善系統電壓的水平；另一方面是電網故障導致配電網不能聯網運行的情況下，分布式電源的低電壓穿越能力能夠預防電壓驟降，從而提高系統的調節能力，對系統電壓進行合理的調整。

分布式電源與繼電保護設備之間的配合在一定程度上極大地影響著系統的可靠性和安全性，如果兩者之間配合不好，容易導致繼電裝置發生重合閘等故障使得用戶停電，這樣無疑降低了系統的安全性和可靠性。

4 分布式電源對配電網影響的應對措施

分布式電源對配電網在電能質量、繼電保護和系統安全以及可靠性方面存在影響，針對造成以上影響的原因，提出三點改進方案：（1）針對電能質量發生時的故障原因，合理地進行變流器的拓撲結構設計以及濾波裝置的運用能夠一定程度上減少諧波的產生，降低諧波對配電網電能質量的影響；（2）當出現電壓越限或者頻率波動導致分布式電源因此脫網時，最簡單可行的方法是切斷當前的分布式電源，這是由孤島狀況可以進行快速的可靠性檢測決定的；（3）合理的分布式電源接入方案，在對負荷供電時，能夠持續向小部分的負荷進行供電工作，從而提高供電系統的安全性和可靠性，并且合理的設計方案和布局能夠將分布式電源接入配電網并盡可能地降低對原系統的沖擊。

5 結語

分布式電源在未來電力能源方面的發展將會極大地影響清潔能源的商業應用，本文概述了分布式電源技術的基本原理，介紹了分布式電源的主要類型。針對分布式電源對配電網造成的影響原因，從拓撲結構設計、分布式電源與繼電裝備的配合以及分布式電源接入方案設計三個方面提出了改善方案。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）