分布式發電對配電網可靠性的影響研究

齊怡菲

摘要：隨著我國自然環境污染的日益嚴重，大力發展分布式發電技術成為當前世界電力技術發展的主要趨勢。分布式發電技術就是為了滿足一些特定用戶的需求，支持原有配電網運行而設計安裝在用戶或者附近的小型發電機。由于分布式發電的容量比較小，其在介入配電網系統后會改變配電網的電量大小以及分布等情況，而配電網繼電保護裝置是保護配電網安全運行的設備，如果改變配電網電量大小等必然會對配電網繼電保護裝置產生一定的影響。

關鍵詞：分布式發電;配電網;影響

引言：世界性能源危機不僅提高了人們的環保意識而且催生出了新的發電技術。隨著新能源發電技術的提高，電力供應的安全性和經濟性也會不斷提升。目前分布式電源DG已經成為電力行業的研究熱點，本文通過對分布式發電的技術特點以及對配電網規劃的影響，對含分布式發電的配電網規劃在目標函數的求解中提出新思路。

1新型分布式發電方式

1.1太陽能發電

太陽能光伏發電是目前得到廣泛應用的新型能源發電方式。它的發電原理是通過半導體材料所具有的光電效應來將太陽能轉化為電能。自然因素會對光伏發電產生比較大的影響，主要是日照強度以及電池結溫會對其輸出功率造成影響。雖然太陽能發電的方式仍存在成本過高、電能轉化率較低等缺點，但是太陽能作為清潔能源，具有設備投入使用后運行成本非常低、發電裝置安全性高、建設規模靈活等優點，因此仍是發展前景被一致看好的分布式發電方式。

1.2風力發電

風能具有蘊藏量大、分布范圍廣、發電成本低、可再生等經濟和環保優勢。到目前為止，風力發電的技術水平已經得到提升，并且風能發電的規模也在不斷擴大。風力發電的形式主要分為離網型和并網型兩種。另外，風力發電還可以與其他發電方式同時運行，例如，風力發電與柴油機發電互補。聯合發電模式在有效利用資源的同時，還能減低發電成本。我國進行大規模風力發電開發采用的形式主要為并網型風力發電，這種發電形式也是近年來風力發電的主要發展趨勢。而離網型的發電形式則主要為無電網地區的居民供給電能。

1.3微型燃氣輪機發電

微型燃氣輪機的燃料以甲烷、天然氣為主，是一種具有操作簡單、體積較小、構造簡單、使用壽命長、噪音小等特點的小型熱力發電機。微型燃氣輪機發電是DG在短期內供電規劃中供電設備的最佳選擇，同時是現在商業競爭力較強且發展比較成熟的DG。微型燃氣輪機發電過程通常通過回熱式的白朗托循環來完成，將最初產生的高周波交流電通過逆變器來進行轉換，最終形成交流電來供給用戶使用。另外，微型燃氣輪機也存在安裝費用高、熱能轉換功率低等缺點。因此，微型燃氣輪機仍沒有得到大規模的發展，而是在小范圍內結合熱電聯產技術，來有效利用廢棄熱能，提高系統的經濟性。

2分布式電源對配電網規劃的影響

2.1運營管理難度加大

大量增加DG的接入不僅會使配電網的結構發生變化，還會加劇電網公司與DG安裝用戶以及獨立投資商之間的沖突矛盾。由于繼電保護、電壓調整等問題會使系統的運行受到影響，要確保配電網能夠穩定安全運行，就要增加電子設備，同時采取措施使DG能夠集成到配電系統中。這一過程的實現不僅要對現有配電系統進行改造，還要將管理配電網的方式由被動轉變為主動。同時，根據DG使用能源的多樣化，還需將配電網中的能源結構做出調整，并使各種新型能源有效地發揮作用。

2.2問題求解難度增大

從數學角度來看，配電網規劃問題的求解實際上是尋找優化問題最佳方案的過程，而規劃問題求解的難易程度與維數密切相關。分布式電源的接入，會使發電機節點大量增加，同時使規劃問題的求解過程更加復雜，難度增大。配電網的規劃年限通常為5～20年，在規定的年限內，一般會假設配電網的負荷是逐年增加的，由于一些新的中、低壓節點的大量增加，會導致變電站不斷增建。由于規劃時需同時考慮幾千個節點對配網動態屬性進行分析，然后與其維數相關聯。而發電機節點的增加，會使規劃過程中尋找可以降低建造和維護成本以及電能消耗的最優網絡設計方案的難度大大增加。

2.3供電設備利用率降低

由于DG在替代架設線路的同時，增大配電網的供電容量，因此DG的投入使用會降低對配電網的資金投入。同時DG的接入可能會使原有的供電容量處于備用狀態，增加成本。用戶一般只有在分布式電源不能滿足使用需求的時候才會選擇從系統購電。因此，當某一區域的供電容量比較大時，分布式電源接入后就足以保障該區域用戶的日常使用，而導致原有的供電設備處于低使用率甚至閑置狀態，從而使供電企業的投資回報率大大降低。因此，在充分利用DG發電成本低的經濟優勢的同時，還要兼顧在配電網規劃過程中使DG與原有供電容量配合使用的問題。

2.4負荷的預測難度增加

負荷預測作為配網規劃的基礎，會在分布式電源接入到配網系統后出現的一系列不確定因素而增加難度。通常來說，分布式電源的接入是保障用戶的自主需求，而對于配電系統而言，分布式電源接入后使負荷的增長模式出現了變化，造成負荷增長速度的預測難度增加，以及配電系統規劃的不確定性增加。另一方面，DG雖然具有低耗能以及降低電網升級改造投資的優點，但是如果不控制DG的發展規模以及接入點的位置，也會造成電能的大量損耗，甚至會導致配電系統中的一些節點電壓不穩定，對故障電流的持續時間、電流大小以及方向都會產生影響。除此以外，新型發電能源的DG也會因為其具有的間歇性、不可控性及隨機波動性等性質增加對負荷預測的不確定因素。

2.5配電網出現雙向潮流

自變電站流向用戶的潮流是配電網用來調壓的基礎。在DG接入配電網后，配電系統的結構由原來的放射狀變為多電源，潮流的大小及方向也會隨之發生改變，進而引起電力系統中的電壓變化。不接入DG的配電網一般采用開環運行的環網結構，潮流的流動方向多為單向。但是DG接入后，雙向潮流會使配電網的繼電保護以及調壓系統受到影響。另外，DG接入使潮流雙向流動的問題還會導致配電網過流保護系統的靈敏度降低，甚至通過影響故障電流來改變短路水平，從而降低整個電力系統的安全可靠性。

3含分布式電源的配電網規劃問題的求解

配電網規劃的目的在于通過對規劃期間的負荷預測結果以及現有的網絡結構來選擇最優系統改造方案。在保障系統的安全性能以及負荷正常增長的條件下，來使配電網的建設以及運行費用達到最低。在數學領域，配電網的規劃實際上是求解優化問題。在常規的配網規劃的基礎上，分布式電源接入的配電網規劃還要考慮接入位置以及容量對函數的影響。很多數學上的優化算法，例如以分支定界法以及線性規劃法為主要代表的經典優化算法，還有以蟻群算法、遺傳算法為代表的啟發式優化算法，都可以用于含分布式電源的配電網規劃問題的求解。由于啟發式算法相比于經典算法，具有計算速度快且精確度高的優點，因此在工程中常用啟發算法來求解規劃問題。

4結語

隨著自然資源的日益緊張，分布式發電在社會生活中的應用越來越廣泛，其在彌補電力緊張、保障電力持續運行、降低能源消耗等方面發揮著重要的作用。同時我們也要看到分布式發電對配電網繼電保護的影響，因此為保障電力系統的正常工作，需要綜合考慮電力系統的使用情況，合理地選擇相應的繼電保護裝置。

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