分布式電源并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響分析

孫建梅，胡嘉棟

（上海電力大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，上海 200090）

0 引 言

關(guān)于配電網(wǎng)的構(gòu)成，我國大部分是以鏈式結(jié)構(gòu)覆蓋整個居住地區(qū)，但是當分布式電源接入其中后，會導(dǎo)致之前的電網(wǎng)構(gòu)造出現(xiàn)嚴重的破算現(xiàn)象。因此，如何既擁有原有的電網(wǎng)構(gòu)造又能將其融入分布式電源并網(wǎng)中，是該領(lǐng)域討論的重點。

1 分布式電源基本理論概述及原理

1.1 分布式電源的理論概述

分布式電源又被叫做分布式發(fā)電技術(shù)，主要指一部分小型容量的發(fā)電結(jié)構(gòu)覆蓋在使用的用戶以及配電網(wǎng)的周邊。伴隨著電力行業(yè)的要求由于環(huán)境保護、節(jié)能減排、新能源等方面的問題而逐漸提高，分布式電源的相關(guān)發(fā)電技術(shù)隨著形勢緊逼被逐漸注重。分布式電源在運用上的占比在慢慢擴大，而在該領(lǐng)域的應(yīng)用擴展也成為炙手可熱的話題。分布式電源的發(fā)電技術(shù)運用的發(fā)電形式主要有風(fēng)力、太陽能、內(nèi)燃機等相關(guān)的新能源發(fā)電，經(jīng)常被使用在固定的場所。由于該技術(shù)發(fā)電形式的特殊，如若全面實施，則對發(fā)電企業(yè)帶來了全新挑戰(zhàn)。在分布式電源的使用過程中，配電網(wǎng)絡(luò)的作用是將使用的用戶與相關(guān)電源對接，是改變傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對接的一種新型方式。這種改變方式將會在一定程度上影響配電網(wǎng)的使用運行能力和整體結(jié)構(gòu)布置，所以分析該情況下的影響具有重要的研究價值。

1.2 分布式電源的基本原理

1.2.1 分布式電源同步機型DR 的基本原理

分布式電源的同步機型DR 在進行并網(wǎng)的過程中，同步機對應(yīng)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度與并網(wǎng)點的電壓轉(zhuǎn)動速度相同。如圖1 所示的分布式電源同步機的整體發(fā)電系統(tǒng)，原動機帶動發(fā)電機進行轉(zhuǎn)動，經(jīng)過線路的對應(yīng)相連，將其連接到大的配電網(wǎng)中。在正常運行環(huán)境下，處于平衡狀態(tài)的發(fā)電機輸出功率與其輸入功率相等。

圖1 同步機發(fā)電系統(tǒng)

1.2.2 分布式電源逆變型DR 的基本原理

分布式電源逆變型DR 經(jīng)常使用PQ 和VF 方式進行控制。但是，一般情況下，由于PQ 的控制方式能夠直接控制輸出時的功率，因此通常使用PQ 控制方式進行分布式電源逆變型DR 的控制[1]。運用PQ 控制的參考數(shù)量方式有電壓控制和電流控制兩種。以常見的逆變型DR 為例，其原理如圖2 所示。這是一種最普遍的完全功率的變換風(fēng)機，整個系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時，PQ 將檢測到DR 的正常使用功率和無功功率，將這兩類功率輸入到PQ 模塊后，將正常使用的功率與無功功率與其參考值做差值，并且通過PI 的對應(yīng)控制系統(tǒng)以及電流的限制系統(tǒng)得到對應(yīng)的參數(shù)，同時將其輸入至電流的對應(yīng)模塊進行控制。在電流對應(yīng)的模塊控制過程中，檢測電流的模塊將檢測到的電流數(shù)值進行轉(zhuǎn)換，同時與PI 對應(yīng)的控制系統(tǒng)和電流限制系統(tǒng)的數(shù)值進行比較，再通過控制得到所需要的PI 參數(shù)，將參數(shù)經(jīng)過dq 轉(zhuǎn)換為所需要的信號驅(qū)動，進而給予正序的電壓相關(guān)的數(shù)值，實現(xiàn)DR 的控制過程。

2 分布式電源的優(yōu)點

2.1 節(jié)約電能，降低能源消耗

圖2 逆變型DR 的工作原理

分布式電源在距離上離使用電的相關(guān)區(qū)域較近，而且在放電方式上擁有較多的方法，所以可以在傳統(tǒng)的發(fā)電方式上有效節(jié)約電能，降低能源的大量消耗。按照焦爾的相關(guān)電能定律可以知道，只有增加電壓才能降低電能的消耗量。因此，在進行電能輸送進程中，可以通過加大電壓或者減小電壓完成和控制電能消耗。同時，如果直接進行電壓的加大或者減小，由于變壓器的作用，會產(chǎn)生浪費電能源的現(xiàn)象。分布式電源進行電能配送，能夠?qū)㈦娔艿睦脤崿F(xiàn)階梯級效果，降低電能輸送過程中的能源消耗，達到節(jié)約電能的作用，符合當代可持續(xù)發(fā)展的理念。

2.2 降低對空氣的污染，實現(xiàn)綠色環(huán)保

過去，發(fā)電主要以煤炭作為原材料，帶來了嚴重的環(huán)境污染。但是，在分布式電源中，發(fā)電的原材料大部分使用的是風(fēng)能、太陽能等新型原料，能極大程度地降低煤炭原料帶來的環(huán)境污染，推進綠色電源的加速發(fā)展，確保人類生活的環(huán)境質(zhì)量。此外，分布式電源在配電過程中主要以低壓方式輸送配電，是一種較好的控制電磁污染的方法。

2.3 電能質(zhì)量有明顯提升

分布式電源的主要優(yōu)勢在于擁有傳統(tǒng)配電系統(tǒng)沒有的低電壓穩(wěn)定系統(tǒng)。這對電能質(zhì)量提升效果明顯，大大提高了用電的穩(wěn)定性。在規(guī)模布置上，分布式電源布置較小，所以它的搭建周期相對較短，在出現(xiàn)不可避免的問題時，能夠按時整體調(diào)節(jié)配電系統(tǒng)，從而保障電能的質(zhì)量。

3 分布式電源并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響

3.1 分布式電源的并網(wǎng)連接對配電網(wǎng)分布規(guī)劃的影響

將分布式電源與配電網(wǎng)進行對接的目標，是電力搭建發(fā)展的重要方向。分布式電源將配電網(wǎng)進行對接，極大地影響了原有結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得電能供應(yīng)方面的依靠性、靈活度難度增大，進影響整個電網(wǎng)的運轉(zhuǎn)效率。

針對電網(wǎng)分布規(guī)劃，分布式電源對接配電網(wǎng)將面臨如下影響：

（1）由于在分布式電源輸送過程中需要接入配電線的相關(guān)線路，工程的實施將會對原有電路的穩(wěn)定程度造成影響，進而加大對應(yīng)電路的電網(wǎng)分布格局的刪選難度；

（2）分布式電源的接入還存在一定的不確定因素，一定層次上會使電網(wǎng)的分布規(guī)劃員工對于系統(tǒng)能夠承擔的電能負荷不能擁有一個明確的推斷；

（3）原先的電網(wǎng)分布，增大了將分布式電源接入的管理難度和電網(wǎng)運營問題[2]。之前的電源輸入方式是以兩路供電作為小型使用用戶的輸入，但是由于電網(wǎng)的整個系統(tǒng)模式的轉(zhuǎn)變，極大地影響了用電的穩(wěn)定性能和安全性能。電網(wǎng)為了降低這一影響，增加了對應(yīng)的設(shè)備數(shù)量，而這樣的舉措加大了電網(wǎng)公司設(shè)備的運營成本和管理難度。

（4）將分布式電源與配電網(wǎng)對接，在一些因素的影響下會對輸送電源設(shè)施設(shè)備的容量造成困擾，使得一些電能設(shè)備處于閑置的情況，造成電網(wǎng)公司投入成本較大且難以收回的現(xiàn)象。

3.2 分布式電源接入將影響電能的質(zhì)量

（1）分布式電源進行接入后，不但轉(zhuǎn)變了原先的電能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且轉(zhuǎn)變了交換電流的裝置使用，造成電網(wǎng)產(chǎn)生較大的諧波。所以，當分布式電源對接到配電網(wǎng)時，要重視對諧波的檢測，注意諧波是否達到一定的標準。在分布式電源中，諧波的產(chǎn)生與該電源對接的位置有極大關(guān)系，位置不同，電壓就會有所不一致。根據(jù)規(guī)律可發(fā)現(xiàn)：越是接近母線，諧波的影響越小；越是接近線路的最后邊，影響越大。

（2）分布式電源的對接會產(chǎn)生電壓閃變的現(xiàn)象以及對電壓的下降有所控制。在接入的過程中，如果配電的相關(guān)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)單方向的短路問題，會降低電壓的下降；反之，節(jié)點不同則會使電壓的增加幅度有所不同。若電源的容量較大，那么電壓的增加較為明顯[3]。除了電壓的升降幅度外，閃變也是分布式電源對接的一個重要現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可能在于電動機的開啟、制動器、輸出功率的波動頻率等。

3.3 分布式電源對接并網(wǎng)對繼電器的影響

在電路問題中，有兩種故障問題出現(xiàn)的形式，分別為短路故障和斷路故障。由于電路中電流流入過大，會造成短路現(xiàn)象，嚴重則會毀壞設(shè)備或者引發(fā)火災(zāi)。繼電器的對應(yīng)保護裝置是避免此類事故發(fā)生的重要設(shè)備。但是，實際中發(fā)現(xiàn)，分布式電源并網(wǎng)會對該保護裝置產(chǎn)生某種程度的影響。由于分布式電源的接入會使輸送電源的路線問題發(fā)生與原先不一樣的變化，增加了繼電器保護裝置的不確定因素，對保護設(shè)備的保護靈敏度和保護范圍造成影響，進而使得電線線路的復(fù)雜程度加深。可見，分布式電源的接入在一定程度上會影響繼電器保護的精準性和確定性。

4 結(jié) 論

將分布式電源與配電網(wǎng)進行對接，可以更改傳統(tǒng)的電能輸送方式，具有較大的發(fā)展情景，是未來電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。與原先的電源相比，分布式電源具有環(huán)保節(jié)能等諸多優(yōu)勢。若將現(xiàn)代化智能信息技術(shù)融入到分布式電源，對一些不好的因素加以控制，使影響降到最小，那么將分布式電源對接到配電網(wǎng)中的研究將是一個具有無限可能的領(lǐng)域，是未來持續(xù)關(guān)注的重要方向，是符合現(xiàn)代化發(fā)展的一項重要技術(shù)。