含分布式電源的主動配電網故障分析與保護

王馨宇

（國網寧夏電力公司 吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100）

1 分布式電源

1.1 分布式電源及其分類

分布式電源在發展中呈現出多樣化特征，包括風力發電、燃氣輪機發電、光伏發電以及燃料電池發電等。發電功率超過千瓦級別，能達到幾十兆瓦級別，并網方式主要包括逆變器并網和旋轉直接并網兩種類型。

近年來，我國新型可再生清潔能源進一步發展，風力發電被提上國家日程，其具有環保和成本低等典型優勢，符合當前發電廠建設標準，也滿足效益最大化要求，未來將不斷加強相關建設。微型燃氣輪機發電效率較高，給環境帶來的污染小，體積小且運維簡單，在分布式電源中廣泛應用。光伏發電是將太陽能經設備轉化為電能，在白天的時候光伏設備能夠采集太陽能并進行能量轉化，將生成的電能暫存在電網當中，然后夜晚電網能將這些存儲的能量提供給客戶使用。光伏發電具有無污染、規模靈活以及不受地域限制等眾多優點。燃料電池通過輸送燃料及相應的助燃氧化劑從而實現發電，能夠實現由化學能向電能及熱能的有效轉化[1-3]。

1.2 分布式電源特性

分布式電源能夠實現35 kV及以下配電網的能量雙向轉換，和傳統配電網相比其屬于小型電源。為促進電網發展必須充分利用這種便捷化和小型化的新型可再生電源，其具有如下典型優勢。

1.2.1 經濟性

為滿足電力用戶實際用電需求，需要在負荷中心用戶側科學配置分布式電源，以此降低網絡建設成本、線路損耗以及網絡損耗，另外因建設時間短和后期維護簡單等因素更進一步降低了成本，提高了經濟性。

1.2.2 靈活性

分布式電源發電系統的不同模塊相對獨立，具有維護簡單、管理方便、開停機迅速以及調節靈活的典型優勢，在滿足用戶多級供電和削峰填谷方面也具有獨特優勢。

1.2.3 安全性

隨著時代發展目前能夠應用于分布式電源并網的種類與方式也越來越多，其合理配置與應用實現了和傳統能源的有效協同，共同滿足配電網和用戶需求，在能源危機化解和需求滿足方面均起到不可替代的作用。分布式電源在并網中比較分散，分布式電源這種分散排布方式提高了電網應對突發故障的能力，也提升了抵御意外災害的能力。

1.2.4 環保性

在分布式電源中主要利用風能和光伏等眾多新型可再生能源，實現了傳統化石資源的有效替代，減少了二氧化碳等污染氣體的排放，在降污減排方面起到積極作用。

2 分布式電源接入對主動配電網的影響

2.1 分布式發電對電能質量的影響

分布式電源的主要應用是應對配電網故障問題，為故障及意外停電提供能量儲備。在分布式電源的接入和并網過程中，會因各種電子設備和元器件的應用導致電網線路中出現非線性負載，甚至可能會產生諧波污染，影響配電網電能質量。另外分布式電源在配電網中的接入也影響了傳統備用電源發電方式。分布式發電系統備用發電方式如圖1所示。

圖1 分布式發電系統備用發電方式

分布式電源接入與并網會對配電網電能質量產生影響，其影響主要集中在以下兩個方面。

2.1.1 分布式電源對電壓波動的影響

在配電網中引入分布式電源在電壓波動頻率抑制方面具有積極作用。如果配電網中出現沖擊性投切分布式電源進行作用，那么會極大削弱配電網電壓波動。若用戶側電荷發生波動或變化，分布式電源輸出功率會進行科學調整，通過補償負荷功率波動實現對電壓波動抑制。分布式電源在配電網中的接入基于就近接入原則，以便更加便捷地為用戶供電，實現用戶用電設備的無功功率補償，這種方法在輸電損耗方面具有極大優越性。此外往往通過節點儲能設置降低和減少輸電損耗，通過調整負荷的無功功率波動，實現電壓波動的有效抑制。

2.1.2 分布式電源對諧波問題的影響

基波和諧波共同作用，電網周期性震蕩。在分布式電源及配電網的正常運行中，分布式電源實際扮演著諧波源的角色。在分布式電源并網過程中不可避免會產生諧波，在很多特殊情況下還可能進一步增加諧波數量。在分布式電源接入以及其諧波對配電網產生直接影響時，配電網參數會因此發生改變。一般配電網中分布式電源并網位置和用電負荷之間的距離越近，諧波在供電質量方面的影響會越大。在分布式電源中合理應用并合理安排位置和數量，能有效降低諧波諧振發生的機率。

2.2 分布式發電對優質電力的影響

分布式電源容量合理，保證電網發電機能正常供電啟動，在配電網中引入分布式電源后能夠更好地應對配電網故障及斷電問題。分布式電源的引入保障了配電網質量，從而避免不必要損失，但微燃機和燃料分布式電源在階躍負荷方面不能起到應有的作用。

為解決重合閘問題必須在分布式電源和主網并網過程中進行科學必要的互連繼電保護，為提高敏感負荷的可靠性及應用性需要保障分布式電源具有足夠的冗余度。此外，在分布式電源的接入及并網應用中，必須充分考慮用電質量和用電可靠性，保證其滿足要求[4]。

3 分布式電源并網模式對主動配電網故障恢復的影響

就當前配電網中分布式電源的并網存在“黑啟動”以及接入中的不能自啟動問題，結合實際分布式電源接入并網情況，輔以理論研究發現，根據并網接入的不同類型其對配電網故障恢復可能產生不同影響，主要集中在以下3個方面。

3.1 可自啟動分布式電源對主動配電網故障恢復的影響

分布式電源在配電網中并網的時候，若全部采用可自啟動分布式電源，那么配電網在發生故障或者問題的情況下，需要將所有分布式電源進行并網供電，保障配網穩定運行。如圖2所示，圖中的3個分布式電源均為可自啟動分布電源，在配網中的位置7和位置8處發生故障時，3個可自啟動分布式電源仍然能夠和主網進行并網運行。在主動配電網故障恢復模型構建中需要充分考慮網絡損耗和供電負荷等問題，最終能夠保證盡可能多的分布式電源并網運行，基于此構建目標函數模型。

圖2 所有的分布式電源均為可自啟動分布式電源配電網

3.2 不可自啟動分布式電源對主動配電網故障恢復的影響

如果配電網中進行接入的時候全部采用不可啟動分布式電源，那么會導致配電網和分布式電源出現隔離情形，分布式電源和自啟動運行機組獨立運行沒有協調配合，導致配電網和分布式電源孤島運行現象，因此進行這一方面的研究意義不大。

3.3 兩者聯合應用對配電網故障恢復的影響

圖3中顯示的配電網中綜合運用了不可自啟動分布式電源和可自啟動分布式電源，其中分布式電源1和2為可自啟動分布式電源，3屬于不可自啟動類型，因此在7和8出現問題及故障的時候，不可自啟動分布式電源3進行動作，實現退網，分布式電源1和2仍然會和主網進行主網并網運行操作。就不同類型分布式電源的動作實現了和配電網自啟動機組的協調配合，有效保障了用戶用電。基于前面分析能夠發現必須進行目標函數模型的構建及優化，尤為注重供電負荷恢復、減少操作動作次數以及降低減少網絡損耗等問題，另外還應該將用戶平均停電時間最小化作為模型構建的重要目標之一。

圖3 分布式電源不全為可自啟動分布式電源配電網

4 含DG配電網故障恢復關鍵技術及其應用

4.1 能源互聯網提升配電網故障恢復水平

隨著分布式電源的研究與發展，配電網建設中分布式電源故障自愈能力的研究也不斷深入，尤其是基于光伏和風能等新能源的互聯網建設成為當前配電網建設的發展大勢。能源互聯網具有信息量大、延時大以及數據維度大等典型特征，能源互聯網在配電網中的應用有效提高了配電網故障恢復水平。當前為適應分布式電源并網的實際需求，必須進一步加強基于智能算法的能源互聯網故障自愈技術發展與研究。

4.2 多種能源協同優化提升配電網故障恢復

在分布式電源并網中還必須要注重主動配電系統的故障恢復，加強對分布式電源并網的主動管理和主動控制。當前風能和光伏能源不斷發展，更應該注重不同能源的協同優化，以提升綜合能源效率和資產利用率。目前，光伏分布式電源和風能分布式電源應用分散，為有效解決分布式電源并網接入的故障恢復，必須加強智能算法研究與應用，建議將DG間歇出力、潮流波動隨機、儲能以及可控性負荷等因素納入最優智能算法，然后將智能算法應用于分布式電源協同優化，同時加強主動控制與管理，從而保證整個配電網和分布式電源并網的科學運行[5]。

4.3 電力大數據、云計算等新技術應用促進配電網故障恢復

云計算技術、電力大數據的發展和應用為分布式電源并網以及并網后的故障恢復提供了技術支持。科學使用新技術能夠進一步提升智能電網發展水平，而智能電網發展水平的提高又將反饋推動云計算技術和電力大數據技術的革新，形成閉環機制，不斷優化提升故障恢復水平。

5 結 論

分布式電源并網促進了配電網的發展，但分布式電源并網發展中也存在一些問題，為進一步加強配電網故障恢復必須完善相關模型，加強算法研究與應用。同時，云計算技術和大數據技術的發展也為分布式電源并網和故障恢復提供了支持，未來將不斷加強該方面研究。