分布式電源并網后對網絡損耗的影響

湯 力，張文超，蘇 敏

（1.國網湖北省電力有限公司 孝感供電公司，湖北 孝感 432000；2.中乾立源工程咨詢有限公司 漢陽分公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

隨著我國國民經濟的飛速發(fā)展，能源消耗愈來愈嚴重，環(huán)境污染問題也隨之加劇[1]。為此，分布式能源逐漸受到了各行各業(yè)的關注，其具有清潔和可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點，逐漸廣泛地應用至電力領域中[2]。

分布式電源具有較大的經濟效益，但受周圍環(huán)境的影響較大，因此具有較大的波動性及不確定性[3]。當其接入電網時，可能會對配電網的安全穩(wěn)定運行造成影響，使得配電網的潮流分布發(fā)生變化，進而影響配電網的網絡損耗。

1 分布式電源及其分類

1.1 太陽能光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是將太陽能轉化為電能的一種發(fā)電方式，具有取之不盡的特點[4]。圖1為光伏發(fā)電的結構圖，其中太陽能光伏陣列將太陽能轉化為電能，并通過逆變器將電能轉化為可供電網使用的交流電，最后供給交流電網。近年來，并網型光伏系統(tǒng)發(fā)展愈發(fā)迅猛，已經成為我國光伏發(fā)電的主要形式。

圖1 并網光伏發(fā)電的結構圖

1.2 風力發(fā)電

風力發(fā)電是指將風產生的動能轉化為電能的一種發(fā)電方式，其發(fā)電原理為當風能作用在風電機的葉片上時，會產生機械能使葉片發(fā)生轉動進行發(fā)電，最終實現(xiàn)了風能到電能的轉化[5]。

風能的取能較為輕便，同時風力發(fā)電對于地域的要求較低，具有良好的社會效益。但風力發(fā)電需要大量的維護費用，成本較高，同時具有較大的間歇性和隨機性。

1.3 燃料電池

燃料電池發(fā)電是通過將燃料燃燒產生的化學能轉化為電能，其工作原理如圖2所示。燃料電池的燃燒不是指現(xiàn)實意義的燃燒，而是指電池內部的電化學反應。通過電池內部的電化學反應，將化學能轉化為電能，從而為電網供能[6]。

圖2 燃料電池的工作原理圖

2 分布式電源接入對配電網的影響

2.1 對網絡損耗的影響

傳統(tǒng)配電網是一個簡單的輻射網絡，當分布式電源接入后，會使傳統(tǒng)配電網變?yōu)槎嚯娫垂╇娤到y(tǒng)。此時，配電網的潮流可能會發(fā)生逆流，進而影響配電網的網絡損耗。而網損與經濟性息息相關，網損的增大不僅會使系統(tǒng)的經濟性變差，也會使得部分地區(qū)電力供應不足。因此，研究分布式電源并網對網損的影響具有重要作用。

2.2 對可靠性的影響

分布式電源具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的功能，因此當在電網中接入分布式電源后，可以在一定程度上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。分布式電源在大電網中常作為后備電源使用，當大電網出現(xiàn)停電事故時，分布式電源可以對其周圍區(qū)域進行供電，進而提高了電網的可靠性。但由于分布式電源具有一定的波動性與隨機性，因此當其規(guī)劃不合理時，可能反而會對電網可靠性造成不利影響。

2.3 對電能質量的影響

分布式電源并網后還可能會對電能質量產生影響，具體表現(xiàn)如下。（1）由于分布式電源具有隨機性與波動性，因此其電源啟停時間無法完全確定，進而就會導致系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)閃變。（2）當分布式電源接入電網時，由于其開關器件的頻繁動作會產生諧波，因此很可能會對系統(tǒng)造成諧波干擾。（3）傳統(tǒng)電網為單源輻射網絡，而當分布式電源接入后，傳統(tǒng)電網變?yōu)榱硕嚯娫垂╇娤到y(tǒng)，這就導致系統(tǒng)潮流發(fā)生變化，可能會對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓造成影響。

2.4 對繼電保護的影響

分布式電源并網后對電網的繼電保護也會產生一定影響，主要表現(xiàn)為以下兩點。一是分布式電源并網可能會影響電網自動重合閘的重合，因此當含自動重合閘的配電網發(fā)生故障時，需要立即切除分布式電源。二是當分布式電源向電網輸送功率時，會改變繼電保護的保護范圍，因此可能導致繼電保護失去方向性。

2.5 對電網規(guī)劃的影響

隨著越來越多的分布式電源接入電網，使得配電網愈發(fā)復雜，這就導致傳統(tǒng)的電網規(guī)劃方案不再適用，因此在對含有分布式電源的電網進行規(guī)劃時，必須將傳統(tǒng)電網的結構與分布式電源的特點進行結合，尋找到最優(yōu)的電網規(guī)劃方案。

3 算例分析

為進一步研究分布式電源并網對配電網網損的影響，選取IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)，分別計算分布式電源接入位置及電源容量大小對網損的影響[7]。

3.1 分布式電源接入位置對網損的影響

仿真計算分布式電源接入位置對網損的影響，結果如圖3所示。

圖3 分布式電源接入位置對網損的影響

由圖3可知，當分布式電源接入配電網不同位置時，其產生的有功損耗不同，同時分布式電源容量大小也對網損有所影響。當分布式電源的容量較小時，隨著分布式電源接入位置逐漸靠近線路末端，其產生的有功損耗也逐漸減小。而隨著分布式電源的容量增大，線路末端的網損反而較大。

3.2 分布式電源容量大小對網損的影響

仿真計算分布式電源容量大小對網損的影響，結果如圖4所示。

如圖4所示，網損隨分布式電源容量的變化趨勢呈現(xiàn)“U”型趨勢，同時隨著分布式電源的接入位置逐漸接近線路末端，使網損最小的最優(yōu)容量逐漸減小。

圖4 分布式電源容量大小對網損的影響

4 結 論

隨著分布式電源的日益發(fā)展，越來越多的分布式電源接入了電力系統(tǒng)。而分布式電源具有一定的隨機性和波動性，當接入電網后可能會對配電網造成影響。為此，本文闡述了分布式電源及其分類，分析了分布式電源接入對配電網的影響，最后分別仿真計算了分布式電源接入位置及電源容量大小對網損的影響，為后續(xù)分布式電源并網研究奠定了基礎。