含分布式電源的配電網電壓質量優化設計研究

金陽　朱元

【摘要】：分布式電源具有靈活性高、運行損耗低、節能環保等優點。但是，大量分布式電源的接入改變了配電網的潮流方向、電壓分布、短路電流大小等，從而深刻影響配電網電壓調節、繼電保護配置、電能質量及供電可靠性等。該文通過分布式電源對配電網結構和運行的影響分析，提出基于分層控制與能量管理的協調控制策略。通過仿真驗證表明，基于分層控制與能量管理的協調控制策略能夠實現微電網在并網、孤島狀態下的安全穩定運行與平穩轉換。

【關鍵詞】：分布式電源；混合算法；電壓質量；不同容量

引言

隨著我國新能源戰略的實施，配電網側接入的分布式電源不斷增加，使得原來配電網絡結構發生了改變，從而影響到現有配電網絡，甚至引起一系列的安全問題。因此為了盡可能地降低DG對配電網的影響，充分發揮DG的優點，最大利用DG效益，為人類所使用，本文在前人的基礎上就DG接入配電網后，對配電網的影響作簡要分析。

1、分布式電源的概念及其優缺點

所謂的分布式電源，是指將發電設施直接布置在配電網附近或者是分布在負荷附近，使得發電更加高效、經濟和可靠，這滿足了特定用戶的用電需求，也對已有配電網的經濟運行進行較好的支持，所以又叫“分散式電源”。其發電的規模較小，通常在數千瓦到數十兆瓦之間。分布式電源的種類分為風能、太陽能、燃料三種。通常分布式電源的并網形式分為直接連接到電網和通過電子設備連接入電網兩種形式。分布式是可以獨立運行的，為范圍內的用戶進行獨立供電；分布式電源在獨立運行的同時和當地電網之間安裝了自動轉換裝置。而分布式電源入網，與電力系統并聯運行，有兩種運行方式：第一，對當地電網輸出電能；第二，不對當地電網輸出電能，這需要根據分布式電源的實際用途而定。分布式電源的優點是：第一，對于電力公司來講，分布式電源能夠減少輸電過程中的損耗，作為供電的后備電源，在擴招電網時能夠減少經濟投資；第二，對于用戶來講，分布式電源有巨大的經濟效益，將終端用戶的用電費用進行有效降低，并得到可靠性的供電，提高了電能質量，采用可再生能源進行發電，有利于環境保護。分布式電源的缺點是：分布式電源入網將會影響到系統的網損電壓，降低電能質量；在電力系統進行負荷預測、規劃以及運行方面都存在較大的不確定性；分布式電源并網（DG）后，會影響到供電商的售電量，降低供電商的利益，使得供電商抵觸DG逆向售電策略。

2、分布式電源的配電網電壓質量優化設計

2.1對配電網潮流的影響

傳統的單電源輻射型饋電線路的潮流從母線流向負荷，潮流在饋線中流動產生電壓損耗，節點電壓逐漸降低。分布式電源接入配電網后，配電網從無源配電網絡轉變為有源配電網絡，改變了潮流的大小和方向，從而使饋電線路的節點電壓也隨之改變。分布式電源接入配電網，理想的狀態是分布式電源與配電網之間發生功率交換，實現功率就近平衡，多余或不足電力負荷通過并聯變壓器與配電線路進行功率交換，實現有功傳輸和無功補償。

2.2對電流速斷保護的影響

電流速斷保護是基于線路的故障所產生的短路電流幅值不斷增大而瞬時動作的電流保護裝置。因此電流速斷保護裝置中的故障短路電流都是有系統主網（單側電源）所提供，其動作的整定值Iset設定規則為（以圖1所示為例）3保護裝置的整定值Iset設定為不小于CD段的最小短路故障電流值，保護2的整定值Iset設定為大于等于CD段故障的最大短路電流，保護1的整定值Iset為大于等于BC段故障時的最大短路電流。若在主網系統中并入DG，如圖1所示的虛線處，此時若故障K1發生在BC段，則K1處故障電流包括2部分組成，一個是主網提供短路電流I1，另一個是DG提供的短路電流I2，即Iset≤I1+I2整定值Iset不變，由于I2的存在，使得I1減小，即保護2裝置所檢測到的電流值I1減小，未達到保護2裝置的整定值Iset而使保護2本該動作的未動作造成拒動現象。

2.3優化算法

由上文可知，分布式電源接入配電網的極限容量計算優化模型是一個具有大量安全運行條件約束的非線性規劃模型，如何處理這些不等式約束是算法的關鍵。相關方法主要有積極約束集策略、外點罰函數法、乘子罰函數法及內點障礙函數法（又稱內點法）等。積極約束集策略所需的計算量一般較大；外點罰函數法在罰因子增大時，容易造成海森矩陣條件數過大的病態；乘子罰函數法在處理的不等式約束眾多時容易出現交替違反現象；近年來取得了極大進展的內點法可以避免海森矩陣的病態，計算量比積極約束集策略小，簡便易行，收斂性一般較好。本文采用非線性規劃原對偶內點法對模型進行求解。

2.4變電站AVC控制系統協調調節方法

變電站站端的電壓無功的調節步驟上存在先后關系。首先是變電站無功補償就地平衡，其次才是饋線首端節點的逆調壓。實現無功補償就地平衡后，考慮到補償電容組的離散特性，無法精確實現補償無功等于首端節點的注入無功，這種誤差會直接對饋線首端節點的電壓幅值大小產生顯著影響。為此，本文考慮應優先進行無功就地補償。由上可知，本文所提考慮站配協調的無功平衡優化調節方法具體包含：配電網無功補償分區平衡優化調節方法和變電站AVC控制系統協調調節方法。如前所述，整個潮流可行解調節是在全配網分區的基礎上，采取了由遠到近、由下至上的調節思路，即先是由遠到近地實現無功補償分區平衡，然后再是變電站的電壓無功協調調節，最后實現全配網的潮流解可行。

結語

通過上述分析可以發現，分布式電源并網，會對配電網的電壓質量產生影響，威脅電力用戶電器設備的安全，但可以結合分布式電源并網對配電網電壓質量的影響特征，探索有效的電壓質量治理措施。

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