分布式電源并網(wǎng)中存在的問題

荊 琳，艾文灝，王婉瑩，王茜雯

（1.三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院有限公司，北京 100037）

0 引 言

為充分發(fā)揮分布式電源的作用，順應(yīng)分布式發(fā)電的發(fā)展趨勢，需將其并入傳統(tǒng)配電網(wǎng)中運(yùn)行。分布式電源并網(wǎng)后，不僅改變了電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還對配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況產(chǎn)生了影響。大量分布式電源系統(tǒng)并入電網(wǎng)，使得并網(wǎng)后的配電網(wǎng)運(yùn)行更加復(fù)雜，問題現(xiàn)象更加突出。下面將探究分布式電源并網(wǎng)過程中對電網(wǎng)所產(chǎn)生的各種影響，其中傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電源并網(wǎng)圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 電源并網(wǎng)圖

1 對電能質(zhì)量的影響

分布式電源除具有清潔、經(jīng)濟(jì)、高效等特點(diǎn)外，它的發(fā)電、運(yùn)行、供電模式具有極大的不確定性，造成并網(wǎng)過程中對電網(wǎng)電能質(zhì)量方面的不利影響。由于控制電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓、電流、功率等參數(shù)需要多方面因素的考慮，增加了保證電網(wǎng)電能質(zhì)量的難度。

1.1 電壓波動

電壓波動會降低電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，而分布式電源的有功功率變化直接決定并網(wǎng)點(diǎn)電壓的波動。一方面，由于分布式電源具有接近用戶、便利用戶的特點(diǎn)，用戶可控制其運(yùn)行與停止。分布式電源的無規(guī)律控制啟停會造成電網(wǎng)功率發(fā)生波動，進(jìn)而引起電壓波動。另一方面，由于分布式電源利用不同資源優(yōu)勢就近發(fā)電，不同類型的分布式電源則具有不同的特性，從而對電網(wǎng)的電壓波動產(chǎn)生不同的影響。對于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，如太陽能光伏電池板、風(fēng)電機(jī)組發(fā)電等，外界自然能源的輸入具有不定性，影響分布式電源的輸出功率；對于輸入能量基本恒定的發(fā)電系統(tǒng)，如燃料電池、柴油發(fā)電機(jī)組等，輸出必須滿足一定的需要，因此分布式電源輸出功率的變化也受系統(tǒng)供能需求變化的影響[1]。

1.2 電壓偏差

分布式電源并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓相較于系統(tǒng)額定電壓的偏差變大，會損害各種電氣設(shè)備，擾亂電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)境。因此，并網(wǎng)帶來的電壓偏差問題值得深入探討研究。

配電網(wǎng)在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，功率、電壓參數(shù)隨著電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)逐級變化。分布式電源并網(wǎng)后，由于在負(fù)荷側(cè)增加了電源，電網(wǎng)不再是單電源供電系統(tǒng)，使得原來電網(wǎng)中電源的供電要求相應(yīng)降低，減小了電網(wǎng)中的傳輸功率，節(jié)點(diǎn)電壓升高。另外，分布式電源會提供無功功率，同樣支持線路負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓的升高。因此，一些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)會產(chǎn)生電壓偏差的問題。同時，分布式電源在配電網(wǎng)中的接入位置和電源的總?cè)萘看笮Q定了其電壓升高的多少[2]。

1.3 諧波問題

諧波不僅干擾各種電子和通信類設(shè)備的運(yùn)行，還會使電網(wǎng)中元件產(chǎn)生額外的損耗，降低電網(wǎng)設(shè)備的使用效率，造成測量設(shè)備失準(zhǔn)等危害。分布式電源并網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，諧波問題更嚴(yán)重。首先，分布式電源本身是諧波源，因分布式電源數(shù)量多、類型廣，相當(dāng)于多種諧波源，相應(yīng)產(chǎn)生多種不同的諧波。其次，分布式電源的運(yùn)行過程中需要應(yīng)用一些電力電子設(shè)備，也會產(chǎn)生相應(yīng)的諧波分量。分布式電源作為新能源接入傳統(tǒng)電網(wǎng)，需使用具有更高頻率開關(guān)的換流器，增加了諧波本身特性方面的復(fù)雜程度，更容易引發(fā)電網(wǎng)中的諧波問題。最后，分布式電源并入電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波使電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化，使得電網(wǎng)參數(shù)不斷波動。

2 對電網(wǎng)可靠性的影響

電網(wǎng)的可靠性反映供電系統(tǒng)可以持續(xù)供電的能力，保證電網(wǎng)的充裕度和安全性有利于電網(wǎng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行，對衡量國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。首先，分布式電源并網(wǎng)改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)輻射狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，改變了系統(tǒng)中的短路電流大小與持續(xù)時間。因?yàn)殡娋W(wǎng)中的保護(hù)設(shè)備和裝置適應(yīng)于原電網(wǎng)系統(tǒng)，所以并網(wǎng)后容易打破保護(hù)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行狀態(tài)，會帶來保護(hù)裝置誤動作等問題。其次，分布式電源并網(wǎng)可能會形成“孤島”問題，影響電網(wǎng)的可靠性。孤島是含分布式電源的電網(wǎng)脫離主網(wǎng)后，分布式電源仍可以向所在獨(dú)立電網(wǎng)供電的情況。孤島的形成會引起配電網(wǎng)出現(xiàn)諧振過電壓等一系列問題，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后，分布式發(fā)電技術(shù)中需大量電力電子設(shè)備，若電網(wǎng)發(fā)生擾動的情況，設(shè)備引起的電磁振蕩或機(jī)電振蕩的持續(xù)時間延長，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定遭到破壞，影響電網(wǎng)的可靠性。

3 對電網(wǎng)保護(hù)的影響

分布式電源的并網(wǎng)對傳統(tǒng)配電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變，給電網(wǎng)的保護(hù)帶來了影響。分布式電源對于不同的保護(hù)位置，相應(yīng)會產(chǎn)生不同的影響。對于保護(hù)裝置來說，并網(wǎng)后配電網(wǎng)的功率增加，故障電流改變，決定電網(wǎng)保護(hù)效果的靈敏度與保護(hù)范圍也發(fā)生變化，影響各個保護(hù)裝置之間的協(xié)同配合，不利于電網(wǎng)的保護(hù)。

分布式電源并網(wǎng)會對系統(tǒng)的重合閘造成影響，而重合閘可以提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，短時間內(nèi)恢復(fù)電網(wǎng)的供電，使其正常運(yùn)行。與分布式電源相連的配電網(wǎng)發(fā)生故障后，故障電流不會被切斷，且重合閘進(jìn)行重合時故障電流可能會發(fā)生跳變，故障點(diǎn)電弧可能會發(fā)生重燃，導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度被破壞，還會引發(fā)電網(wǎng)非同期重合閘的問題，致使事故更加嚴(yán)重[3]。

4 對電網(wǎng)規(guī)劃的影響

傳統(tǒng)的電網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃主要依賴于對負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)測。由于分布式電源的發(fā)電量受外界因素影響大，影響并網(wǎng)后電網(wǎng)的負(fù)荷量，使其具有更多的隨機(jī)性與時變性。分布式電源并網(wǎng)對短期負(fù)荷預(yù)測造成影響，從而增加了電網(wǎng)的合理規(guī)劃難度。

分布式電源的接入會對電網(wǎng)效益造成一定的影響，而分布式電源并網(wǎng)的技術(shù)還不夠成熟，存在布局的規(guī)劃不合理、管理的方法不適當(dāng)?shù)葐栴}。這些問題使得電網(wǎng)運(yùn)行中損耗變大、配電網(wǎng)成本增長，影響電網(wǎng)的效益。因此，需要對并網(wǎng)后的電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)合理規(guī)劃，以提高電網(wǎng)效益[4]。

5 結(jié) 論

分布式電源并網(wǎng)的問題主要是由于并網(wǎng)改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電網(wǎng)的參數(shù)特性相應(yīng)發(fā)生了改變，而這些改變未能完全適應(yīng)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)要求。為了更大限度地發(fā)揮分布式電源的作用，要求不斷完善和改進(jìn)分布式電源并網(wǎng)的技術(shù)，逐步降低并網(wǎng)帶來的不利影響，使之成為更加完備的供電方式，從而滿足人們生活、環(huán)境保護(hù)以及資源使用的要求。