適應分布式電源接入的配電網主動管理與控制策略研究

帥曉華

摘 要：近年來，一些石化能源日漸枯竭，如煤、石油等，由此在世界范圍內極易加劇能源危機。且化石燃料在燃燒過程中必然會產生不少溫室氣體和污染性氣體，從而極易導致各種問題頻繁發生，諸如全球變暖問題、氣候異常問題以及嚴重的霧霾等，從而對生態環境造成嚴重的負面影響，威脅人類的生命健康。而正在蓬勃發展的中國還需要消耗大量的能源，當前必須面對能源稀缺、能源生產使用技術相對落后、環境質量不容樂觀等問題。鑒于此，就需要致力于能源利用效率的顯著提高，積極選擇其他能源方式來輔助或替代化石能源。當前，國內外高度重視可再生能源分布式發電技術的應用，但是并網運行大量分布式電源極易引發各種問題，如注入電網電壓出現偏移、電壓的波動幅度較大、“閃變”等，不利于安全的運行電網，還會直接影響供電質量。基于此，有必要對主動配電網技術和控制策略進行詳細的闡述，便于更好地應用大規模間歇式可再生能源和更好地解決電網兼容問題，實現對各種綠色能源的高效利用，并妥善解決相關問題，諸如能源結構等。

關鍵詞：適應分布式電源接入;配電網;主動管理與控制;策略分析

中圖分類號：TM728.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）09-0039-02

近年來，國家電力市場管制逐漸被解決，再加上環保呼聲越來越高，在電力系統中，分布式電源獲得廣泛應用。當前，我國電網所設置的分布式電源共計3436萬kw，再加上一些利好政策的相繼出臺，由此能夠更好地應用分布式光伏[1]。在分布式光伏發電大量接入以后，傳統模式下的輻射狀無源配電網能夠轉變成一個充滿小型電源的有源網絡，通過并網運行極易造成各種問題，由此會直接降低電網供電質量，還會影響到安全運行。之前，對配電網所采取的電力調度、電力管理模式相對比較簡單，在組裝配電線路的過程中，施工技術人員大多先安裝保護監測設備，這樣就很難有效滿足分布式電源、用戶自建電源的大量發展需求，且低壓電網與用戶距離不遠，新增電源的出現極易埋下各種安全隱患。

當前，電網特別是配電網中存在許多問題，諸如自動化技術偏低、一次網架相對薄弱等，由此無法充分實現可再生能源的高度滲透，也不能對能源結構進行全面優化與調整。所以，采用分布式發電來緩解這些問題。這種發電模式屬于一種新型能源開發利用方法，通常包含諸多內容，如太陽能發電設備系統、風力發電系統、小水電等，這些能源一般所具備的發電規模較小，大多低于50MW以下，且與用戶十分接近。可根據實際情況向附近負荷供電，或者向電網輸出電能。其相比于傳統集中式供電，存在諸多優點。

1 為配電網組裝分布式電源

電壓上升效應在一定程度上會對DG接入電網造成嚴重限制，為更好地分析其造成的具體影響，就需要利用簡單地配電系統，如圖1所示。該設備系統能夠正確連接有載調壓變壓器T1，母線1利用架空線、母線可連接負荷、無功補償設備與發電機，其負荷主要分為有無功（QL）和功（PL），發電機也包括無功功率（QG）、有功功率（PG）和無功補償裝置的功率[2]。

在確定無源配電網時，需要事先分析最壞狀況，然后制定有效的解決方法。一般在發電量最大、負載最小的情況下，才會出現電壓上升最大值。同時，網絡阻擋Z中的電阻R，是決定最大允許并網發電容量的一個重要參數。假定功率的因數是1，電阻X無需考慮，為致力于網絡阻抗的顯著降低與電壓升降的減小，可以通過積極的建設網絡來實現。

2 配電網主動管理控制策略

在電力系統匯總中DG的滲透率，在今后幾年中預計會出現大幅度的增長。為經濟有效的實現并網運行，就需要從根本上改變配電網多個方面的內容，如控制、運行、規劃等。隨著DG的出現，可促使配電網從原來的被動電網升級成主動電網，通常被動電網表現為單向，輸電網電壓高的一端會主動流向電壓低的負荷端;主動電網則相反，是由輸電網電壓低的一端主動流向電壓高的一端。在國際大電網會議上，國網公司在提出主動配電網技術的基礎上對其他智能化領域技術的創新、管理進行了深入的探索，這對于促進分布式電源接入能力的顯著提高至關重要。

配電網主動管理技術在一定程度上能夠實現對配電網二次系統參數的實時測量，然后一邊實時監控配電網設備，具體措施通常涉及主動電壓控制與潮流管理、主動故障維護等級管理等，這對于平衡發電、負荷和輔助服務至關重要[3]。

2.1 對有功輸出采取降低處理

采取這項措施能夠有效維護電壓安全，主要是正確采用約束分布式發電實現有功輸出，以此能夠有效限制電壓上升。由于在極少數情況下會同時出現最大輸出功率、最小負荷的情況，因此能夠約束功率輸出的時間較短。如果被那些容量比較大的發電廠移植到系統中，這種方式相對經濟、可靠，在約束作用之外的時間，利用較高的輸出功率能夠有效補償因發電削減所造成的暫時性影響，約束作用時間通常會對應低負荷，因此電價估計會更低。

2.2 無功管理

在那些相對薄弱的電網中，為促進并網容量的增加與電壓上升效應的有效限制，可以充分利用無功補償。

2.3 協調電壓控制

利用主動調節有載調壓變壓器分接開關，可以穩定地維持配電網在一定范圍內，且有助于增加分布式發電并網容量。利用有載調壓變壓器房對電壓進行科學的調節。

3 應用對比分析

近年來，隨著我國社會經濟的發展與科技水平的提高，人們越來越依賴電力能源，而智能電網的提出、建設，可以幫助人們更好地解決能源短缺、環境污染問題，也能夠創造一個前所未有的機遇來促進可再生能源的發展。當前，關于分布式電源尚未統一定義，一般認為是在一定地域范圍內多個甚至多種形式的發電設備共同發電，確保用戶的用電要求能夠獲得充分滿足的電源。在實際規劃與設計過程中，可將分布式電源在負荷處附近安裝而無需連接電網，且該電源能夠為任意規模、能源種類的用戶發電設備所使用。

在配電網主動管理過程中，通過上述控制策略的實施，方便對不同電源裝機容量進行科學的對比與分析，如年發電量、取得的收益變化等。當前，主要分析上述三種主動管理控制策略的實際應用情況[4]。

3.1 削減有功輸出

在發電機接入R/X比值較高的弱電網中，這種策略具有很高的適用性，若允許并網存在較大容量，削減發電機輸出功率在有限時間內的經濟性會更高，且在網絡建設過程中可以極大地節省投資成本。這種策略在風力發電中的應用更具實用性，究其原因在于，高發電、低負荷會同時出現，為此需要適當地削減輸出功率。

3.2 無功管理

通過消耗無功功率，能夠對電壓上升效應進行強有力的控制。特別是在分布式發電弱網架中，基于此可將一些無功補償設備安裝在連接處，諸如靜止無功補償器等。但是，截至目前，還沒有人將無功管理視為是一種增加分布式發電穿透功率的重要方式，無功管理的潛在優勢可以充分借助優化潮流的方式。

3.3 區域有載調壓變壓器的電壓協調控制

在配電網中為增加風力發電的并網容量，就可以積極地運用協調電壓控制策略。當前，控制配電網電壓的一種主要方式在于利用有載調壓變壓器。當前，所制定的電壓控制方案，在控制電壓水平時，主要立足于簡單的恒電壓策略或者結合線路實際負載來實現。而這些電壓控制方案主要是一種無源電網設計，是嚴格意義上的單向潮流。在那些多向潮流的有源配電網中，這種接近控制的電壓方案不僅存在明顯缺陷，還會對配電網本身的容納能力、開放程度造成嚴重影響，由此不利于允許并網容量的顯著提升。基于此，在既定范圍內為維持區域電網的電壓水平，具體在控制時可以利用區域有載調壓變壓器來實現[5]。

4 結語

綜上所述，在那些存在分布式電源的配電網智能化建設過程中，存在許多許多問題亟待解決。文章對配電網主動管理概念進行了深入、系統的介紹，對當前所具有的一些重要控制策略進行了深度的剖析，方便電力管理者、供電用戶、系統運行人員，幫助各個能源供應商找到彼此之間所存在的平衡點。從而能夠創造一個良好的條件來建立更好的配電網，為其開放性、公平性以及綠色性提供充足的保障。配電網主動管理在一定程度上能夠幫助電網提高對綠色能源的兼容性，實現對現有資產的充分利用，這也代表了今后智能配電網的重要發展趨勢。

參考文獻

[1] 肖蕙蕙，申丹偉，蔣東榮，等.P/Q控制策略下的分布式電源自適應距離整定新方法[J].重慶理工大學學報（自然科學版），2015（4）：86-90.

[2] 楊梅，周喜超.適應分布式電源接入的配電網主動管理技術研究[J].電子世界，2014（9）：50.

[3] 樂健，周謙，王曹，等.基于分布式協同的配電網電壓和功率優化控制方法研究[J].中國電機工程學報，2020，40（4）：1249-1257.

[4] 潘俊東，李志勇，王思君，等.自適應靈敏度的配電網分布式電源無功控制[J].電力系統及其自動化學報，2018，30（6）：127-133.

[5] 國網江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司.適應分布式電源接入的配電網線路自動重合閘控制方法[P].中國，201911018882.3，2019-12-13.