分布式電源并網對電能質量的影響

王力 黃盛 崔洪銘 張洪浩

【摘 要】隨著我國電力能源的日益緊缺，分布式電源的應用受到人們的廣泛關注，分布式電源并網給電力系統提供了強有力的能源支持，但是其對于傳統電網的影響也是極大的。基于此，本文對分布式電源并網對電能質量的影響進行分析。

【關鍵詞】分布式電源；電源并網；電能質量；并網影響

分布式電源系統改變了我國傳統的單電源輻射型配電網結構，但我國配電網短路水平、電壓分布、無功功率、故障清除等方面也受到了較為深遠影響，分布式電源引發的繼電保護裝置誤動作問題近年來在我國各地的出現頻率也不斷提升，而為了盡可能抑制分布式電源并網對電力系統帶來的負面影響，提高電能質量具有重要意義。

一、分布式電源應用情況概述

在現代配電系統中，DG是通用化電源，其接入點比較多，配電網在其影響下會出現很多新的變化，其中最明顯的是潮流分布變動，當配電網出現故障時，故障電流的實際的大小與流通方向會給傳統化的配電保護模式帶去影響，保護裝置具有的靈敏度與選擇性均會受到負面影響，DG電源自身也具有一些特殊的使用特點，其應用的控制策略并不固定，運行模式中也存在諸多的不可控因素，傳統型的保護裝置與DG電源的契合度比較低。基于DG電源的特殊使用要去，相關技術人員開發了很多保護方式，根據該電源的實際接入點，可以對配單系統進行區域劃分，按照不同區域的具體運行特點來選定方案，堅持自適應保護原則來達到保護配電系統的工作目的，確保可以在配電故障問題形成時，立即進行定位與故障分析工作，使配電網保持更強的安全性。

二、分布式電源并網對電能質量的影響

（一）對配電網保護的影響

當配電網接入分布式電源后，配網結構將會發生變化，其次配電電流發生變化。當發生故障時，配電網中發生變化的有：短路電流大小；短路電流流向；短路電流分布。（1）故障點在分布式電源下端。電路中有DG1時，f2發生故障時，此時DG1中已有電流，通過斷路器F2的短路電流值很大，比不含DG1時的電路中短路電流值大，很容易到達F2保護靈敏度，F2極易動作，所以這樣的情況下發生故障時，斷路器F2就會起副作用。DG1起到一種分流作用，斷路器F1將無法斷開保護電路，后段靈敏度減小，當短路電流小時斷路器F2保護不起任何作用。（2）故障點在分布式電源上端。電路中有DG3時，f2發生故障時，將會有一個反向電流通過斷路器F3，因為配網中沒有電流導向元件，這種反向電流會引起F3誤動作。（3）故障點在相鄰饋線。當AD段擁有很多分布式電源，f4發生故障，通過斷路器F5短路電流值很大，比不含分布式電源時的電路中短路電流值大，很容易到達F5保護靈敏度，F5極易動作。將會有個反向電流通過斷路器F1，因為配網中沒有電流導向元件，這種反向電流會引起F1誤動作。

（二）對電壓波動的影響

第一，輸入能量變化及其它外界干擾。對于風電機組、光伏電池板等可再生能源發電系統，外界自然能源輸入的變動是造成分布式電源輸出功率變化的主要原因。為了提高分布式電源的發電效率，很多機組采用了最大功率追蹤控制，而不是定功率控制，當外界資源條件發生變化時其輸出功率必然隨之變動。第二，不受電網控制的分布式電源起動和停運。分布式電源的起動和停運與自然條件、用戶需求、政策法規、電力市場等諸多因素有關。分布式電源的調度和運行，往往由電源的產權所有者來控制，而分布式電源的產權所有者往往不是電網公司，而是用戶自己或者其它經營主體。這樣就可能出現分布式電源隨機啟停甚至頻繁起停的情況。第三，輸入能量變化及其它外界干擾。對于燃料電池、微型燃氣輪機、柴油發電機組等輸入燃料流量可控的分布式電源來說，輸入能量是基本恒定的，一般不會因為輸入能量的波動造成輸出功率的明顯變化。

三、分布式電源并網提高電能質量的有效措施

（一）分布式電源配電網的安全策略

第一，在分布式電源上游出現永久性故障時，系統和分布式電源均由兩端向故障點提供電流，因此，需要在線路兩端設置保護裝置，并配置方向判斷元件，保證切除故障具有方向性。第二，在分布式電源上游出現永久性故障時，本級上游電流保護有可能拒動，或者上游電流保護誤動，擴大停電范圍。需要根據系統運行方式重新設置整定值，保證斷路器正常動作。第三，同一母線上其他饋線發生永久性故障時，上游斷路器的定時限電流速斷保護或過電流保護有可能誤動，需要配置方向判別元件。第四，針對瞬時性故障的恢復，配電網側重合ICJ配置檢無壓裝置，分布式電源側配置檢同期裝置，在配電網側接入點確保無壓，待分布式電源與系統無頻差、無相角差、無電壓幅值差后投入并列。同時，分布式電源配置低壓、低頻解列裝置。第五，規劃分布式電源接入位置、運行方式，限制接入容量，采取無功補償措施，抑制電壓偏差與故障電流，保證配電網處于正常工作狀態。

（二）自動重合閘及并網技術檢測技術

為盡可能降低分布式電源對電網造成的負面影響，其在發生擾動脫網后的并網必須保證自身頻率與電壓恢復到正常范圍，而對于380V電壓等級的分布式電源來說，其擾動脫網后的并網還需在恢復正常情況后進行一定延時（一般大于20s）。值得注意的是，分布式電源擾動脫網后的并網延時由電網調度機構給定，電壓等級較高（如10kV～6kV）的分布式電源恢復并網還需要經過電網調度機構的允許。

（三）分布式供電恢復系統的應用

分布式供電恢復系統的結構包含通信網絡和各STU。配電網絡為STU提供完成供電恢復所需的網絡拓撲及電氣量信息，并對STU的指令進行響應。STU作為分布式供電恢復系統的核心，收集并存儲終端安裝處的局部拓撲、電氣量信息，并以對等式通信的方式與相鄰終端交互所需信息，然后在這些局部信息的支撐下進行目標函數和約束條件的求解，并與相鄰終端協作完成對整個電網的拓撲搜索和供電恢復控制。每個STU都能與其他終端進行對等通信交互所需信息，具體可分為數據信息和指令信息兩種，數據信息用來支撐目標函數約束條件的求解和拓撲搜索，指令信息用來控制供電恢復過程。為防止因終端故障影響恢復過程，各STU可通過與相鄰終端通信獲得下級相鄰終端的拓撲信息作為備用。

（四）集成保護方案

首先，在采用多點接入的方法將DG接入到配電網系統后，原來的拓撲結構形成明顯變動，當形成短路問題后，系統側與短路電流的實際供給能力形成極大的差異；相對地配電系統也給電源帶來了影響，因受到系統保護速度的影響，DG低電壓具有的穿越能力也出現了變動。其次，根據當前的配電系統保護需要，可以構建綜合化的配電保護系統，將本地控制系統與集中控制系統結合應用，可以在配電系統的母線部位建設集成化的保護單元，利用本地信息來完成保護各種配電裝置的工作，在線路保護工作中，還可以充分使用相鄰位置電力保護單元提供的故障數據來達到保護技術應用目的。

四、結語

總而言之，分布式電源的合理應用能夠提高供電系統的運行水平，基于其所具有的可靠性、經濟性特點，在電力系統運行中得到廣泛應用，但需要注意的是所產生的負面影響也是極大的。本文主要對分布式電源并網對電能質量的影響進行分析，并提出技術性的保護措施，希望能夠達到配電網工作的實際需求。

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