分布式電源并網對配電網的影響分析

(武漢電力職業技術學院 湖北 武漢 430079)

分布式電源并網對配電網的影響分析

沈青楊毅陳聰

(武漢電力職業技術學院湖北武漢430079)

隨著分布式電源在電力系統中所占比例的不斷擴大，研究分布式電源對配電網的影響勢在必行。本文基于分布式電源不同的并網特性，從分布式電源對系統電能質量、可靠性、經濟性及短路特性多方面分析分布式能源接入后對配電網的影響，研究表明，在合理的位置接入一定容量的分布式電源能夠起到改善電壓水平、降低網絡損耗、提高線路輸送容量、延緩配電網絡升級、提高系統可靠性的作用，但同樣也可能由于分布式電源的接入方式不合理，增加原有配電網網絡損耗，惡化電壓水平，導致節點電壓降低或者升高甚至出現過電壓的情況，配電系統不能正常運行，對配電公司的經濟效益造成損失。本文的研究結果可以對電網目前接納分布式電源的能力進行分析，為電網規劃及實際運行提供理論指導，對電力發展和社會的進步產生較大的經濟和社會效益。

分布式電源；配電網；并網；電能質量；可靠性

一、前言

配電網是將電力系統或電源與用戶設施聯接起來的重要環節，它直接和千家萬戶相連，其安全可靠工作，關系著廣大用戶的切身利益。隨著環保壓力的迫切和節能減排方案的實施，越來越多的分布式電源將接入配電網。由于分布式電源自帶的波動性等出力特性，為配電網帶來一系列問題。同時，分布式電源直接與電網相連和通過電力電子裝置與電網連接兩種不同的并網形式對配電網的影響也不同，本文將基于分布式電源不同的并網特性，從分布式電源對系統電能質量、可靠性、經濟性及短路特性多方面分析分布式能源接入后對配電網的影響。

二、分布式電源并網對配電網電能質量影響

分布式電源容量在電網總裝機容量中的占比越來越大，所帶來的電能質量問題也越來越不容忽視。這些電能質量問題包括：電壓偏差、電壓波動和閃變、電力諧波等。

1.分布式電源并網導致電壓偏差。分布式電源接入配電網會導致其電流、有功和無功功率的大小和方向的改變，電壓的分布情況也會不一樣。這都是因為分布式電源沒接入前配電網是一個單方向輸送的系統，分布式電源的加入后，配電網就變成了一個多電源網絡，對于每一個節點來說，電壓和潮流大小和方向將會是多變的。分布式電源沒有接入配電網前，配電網是沿線路的潮流方向，經過各個節點后電壓逐級下降。而分布式電壓接入后，有多個電源經過節點，所以節點受到疊加的潮流有可能與原來的方向相反。所以當線路節點上的潮流減少和分布式電源輸出潮流疊加后，節點潮流比原來的大，此負荷節點處的電壓將會升高，分布式電源就會對各節點的電壓造成偏差。

2.分布式電源并網導致電壓波動和閃變。配電網中各節點的電壓水平是由潮流分布決定的，但電源和負荷功率變化也會對潮流分布產生影響，從而導致各節點的電壓波動。分布式電源的輸出功率波動也比較大，因為分布式電源一般為風電、光伏發電等自然能，其發電系統輸入的能源波動較大，所以分布式電源接入配電網后將會引起電壓波動與閃變。分布式電源一般接入電壓等級較低的電網，因為它的短路容量相對來說比較小，所以在配電網功率波動后將會產生較大的影響。分布式電源與電網負荷的運行比較不合適時，有可能會使系統的電壓波動變的更厲害。當分布式電源變成孤島運行時，同時儲能能量太小，會比較容易導致電壓波動等電能質量問題。大型風電機組的啟動和退出和發電機組輸出功率突然變化時，會在風電機組接入配電網的位置、風電場內部造成某種程度上的電壓波動與閃變。

其中，風力發電引起電壓波動和閃變的主要因素包括：風資源的無序性和隨機變化特性以及風電機組自身的一些固有特性，如風剪切、塔影效應、葉片重力誤差以及偏航誤差等影響因素。

光伏發電引起電壓波動和閃變的主要因素包括：光伏電池輸出功率受光照影響不斷發生變化時，會帶動電網潮流、電壓相應變動。如果光伏滲透率很高，規模很大，由于日照突變或人為啟停等原因，可能會造成光伏電源的突然減少或失去，造成電網電壓驟降，嚴重影響電壓質量和電壓穩定。

3.分布式電源并網導致電力諧波。分布式電源可以通過電力電子裝置并網。分布式電源中比如光伏發電、燃料電池和儲能系統等輸出的電能為直流，當它們要接入交流電網時，它就需要經過逆變器裝置后再與配電網連接，而逆變器在變換直交流的這個過程中，會引起電流、電壓波形發生畸變，所以會給系統帶來大量諧波。此外，通過電力電子裝置接入配電網的分布式電源的電壓調節和控制方式與常規方式有很大不同，其開關器件頻繁的開通和關斷也會產生開關頻率附近的諧波分量，對電網造成諧波污染。

三、分布式電源并網對配電網系統可靠性影響

由于分布式能源(風能、太陽能)的波動性，分布式能源并網會對系統造成不可避免的隨機性影響，應當從系統可靠性的角度研究風電的隨機性對風電場接入有功功率、無功功率和電壓的影響。

首先，分布式電源接入配電網，可能對配電網可靠運行產生不利的影響：

1.配電網發生故障時電壓會明顯下降，此時如果安裝的DG沒有低電壓穿越能力，為了降低故障面積就會切除DG，之后通過線路故障重合閘再將DG接入電網，不僅不能支撐此刻的電壓而且會使電壓下降的更多。

利用目測法和隱血試驗法測定清洗質量。目測法：醫療器械表面烏黑和斑點經肉眼可見，說明不合格，反之為合格。隱血試驗法：利用隱血試紙對醫療器械進行擦拭，并將橙液滴入試紙上，30分鐘結合試紙反應對器械清洗合格予以判定。試紙結果為陽性，可見紫色，表示不合格；試紙結合為陰性，未見紫色，表示合格。

2.如果DG不能與配電網繼電保護設備很好的配合，可能會引發繼電保護裝置誤動作，從而降低配電網可靠運行水平。

3.當DG的安裝位置、容量和連接方式等不適宜都會降低配電網的可靠運行水平。

4.分布式能源出力的不確定性，例如受太陽輻射強度影響的光伏電站，也會降低系統的可靠性。

當然，分布式能源的接入，也會給可靠性帶來提高的一面：

1.風力發電和光伏發電可以消除配電網的部分過負荷和堵塞，減少輸電線路上輸送的功率，增加配電網備用供電容量，加強配電網電壓調節性能，從而保障供電的可靠性。

2.如果風力發電和光伏發電具有適當的布置和電壓調節方式，可以緩解電網電壓驟降，提高系統對電壓的調節性能。

3.常規電源構成的大電網，在大面積停電時后果極為嚴重。分布式能源的接入在一定程度上可以作為常規電源的補充，在常規電源停電時繼續給重要用戶供電。

4.分布式電源并入配電網可以抵消配電網部分負荷此外，分布式發電裝置可以自主的選擇與配電網的接通或斷開，因此用戶可以在配電網發生故障時采用DG單獨供電，這樣配電網變成若干孤島運行，減小故障停電區域。因此，分布式發電與電網相結合，有利于提高配電網的可靠運行水平。

四、分布式電源并網對配電網系統經濟性影響

在配電網中的負荷附近接入分布式電源系統，整個配電系統的功率流向將發生變化，從而影響系統的網絡損耗。根據節點負荷和分布式電源出力大小的關系，可以分為以下三種情況：

1.系統中每個節點的負荷量都大于或等于該節點的分布式電源輸出量；

2.系統中至少有一個節點的分布式電源輸出量大于該節點的負荷量，但整個系統分布式電源的輸出量小于系統中的總負荷量。

3.系統中至少有一個節點的分布式電源輸出量大于該節點的負荷量，且整個系統分布式電源的輸出量大于系統中的總負荷量。

對于情況(1)，分布式電源將會對配電網有減少損耗的作用。對于情況(2)，分布式電源有可能會使配電網某些線路損耗增減，但總的來說，對整個配網損耗會減少。對于情況(3)，若分布式電源的總輸出量小于總負荷量的兩倍，情況與(2)相似，否則，損耗將大于無分布式電源情況。由此可見，分布式電源接入對網損影響與電源位置、負荷量相對大小和網絡拓撲結構均有關系。

五、分布式電源并網對配電網系統故障短路的影響

分布式電源接入電網后，配網由原來的單電源少環狀網絡，變成了多電源多環路的網絡，潮流的大小和方向都會改變，短路電流的大小和方向也會改變。短路電流的改變，會影響配電網的繼電保護，可能導致保護誤動。同時，已有研究表明：分布式電源的容量、控制方式、接入點位置，對短路電流都有影響。

對風電機組的故障電流的研究，主要有以下研究成果：(1)當雙饋電機發生三相短路時，其短路電流中存在直流和交流分量，并且在幾個周波后達到穩定值；(2)故障后雙饋機的定子和轉子電流變化規律非常相似；(3)考慮風速的變化及風電場多臺機組之間的相互影響對風電場短路電流特性的影響，一般情況下，風電機組輸入機械轉矩的變動對機組的短路電流影響不大，只有在長距離重負荷情況下，短路電流的波動較大；(4)異步機組提供的短路電流峰值大約為6倍額定電流，且不同故障類型，電流的衰減速度不同，三相對稱短路情況下，電流衰減最快。

光伏電源受環境因素(溫度、天氣等)影響較大，輸出功率具有隨機性和周期性。在不同時段配電網發生故障時，若短路電流不超過光伏電源內部的電流限值，其輸出的短路電流大小也是不同的。所以不同時段或不同時刻光伏電源對配電網的影響程度也不同。配電網故障時，光伏逆變器首先出現一個故障沖擊電流，如果該電流超過限流值(一般為額定輸出電流的2倍)，則過流保護動作，光伏電源立即從電網斷開，這個過程短暫發生，在配電網的保護動作之前已經結束。如果沖擊電流沒有使過流保護動作，那么故障電流將減小并趨于短路穩態，大小在限值之內，可認為光伏電源向配電網輸出恒定的短路電流。對于小容量、低滲透率的光伏電源，其貢獻的短路電流很小，對現有保護的影響在保護裝置動作的可靠裕度之內，故可忽略不計。但大容量或高滲透率的光伏電源并網后就可能會使原有保護失效。

六、結論與展望

分布式電源與大電網相連，目前主要發生在配電網。大量分布式電源滲入配電網后配電網潮流隨之變化，網絡結構變為多電源結構，將對配電網產生巨大影響。研究表明，在合理的位置接入一定容量的分布式電源能夠起到改善電壓水平、降低網絡損耗、提高線路輸送容量、延緩配電網絡升級、提高系統可靠性的作用，但同樣也可能由于分布式電源的接入方式不合理，增加原有配電網網絡損耗，惡化電壓水平，導致節點電壓降低或者升高甚至出現過電壓的情況，使配電系統不能正常運行，對配電公司的經濟效益造成損失。因此，需要進一步分析分布式電源的接入對配電網的綜合影響并研究相應的解決方法。

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沈青(1983-)，女，博士，武漢電力職業技術學院電力系講師，電力系統及其自動化；楊毅(1980-)，女，碩士，武漢電力職業技術學院電力系講師，電力系統及其自動化；陳聰，(1989-)，女，碩士，武漢電力職業技術學院電力系助講，電力系統及其自動化。