分布式發電對配電網的影響

楊琦偉

將分布式發電（DG）系統集成到現有的配電系統中，是今后分布式發電的發展趨勢。但是把大量的DG系統接入配電網會對配電系統的結構和運行產生很大的影響。其主要表現在以下幾個方面。

一、對網損的影響

在配電網中的負荷近旁接入分布式發電（DG）系統后，整個配電網的負荷分布將發生變化，主要有3種情況：（1）所有負荷節點處的負荷量均大于該節點處DG的輸出量；（2）至少有一個負荷節點處的負荷量小于該節點處DG的輸出量，但系統的總負荷量大于所有DG的輸出總量；（3）至少有一個負荷節點處的負荷量小于該節點處DG的輸出量，且系統的總負荷量小于所有DG的輸出總量。對于情況（1），DG的引入使配電網中所有線路的損耗減小；對于情況（2），DG的引入可能導致配電網中某些線路的損耗增加，但配電網的總體線路損耗將減小；對于情況（3），如果所有DG的發電總量小于2倍的負荷總量，那么DG的影響與情況（2）相同，否則將使配電網的線路損耗增加。由此可見，分布式發電可能增大也可能減小系統損耗，這取決于分布式電源的位置、與負荷量的相對大小以及網絡的拓撲結構等因素。

二、對線路上潮流的影響

如果配電網中含有風力發電和/或光伏（PV）發電系統，由于它們的輸出受天氣的影響很大，具有隨機變化的特性，所以以上3種負荷分布情況可能會在配電網中交替出現，使系統的潮流具有隨機性，傳統的潮流算法將不再適用。為此目前提出2種解決方法。

（1）利用負荷跟蹤控制保證饋線上的潮流不變，這樣就可以延續傳統的潮流算法。（2）采用新的潮流算法。目前普遍使用的2種典型的隨機潮流算法是：Borkowska方法和Dopazo方法。這2種方法的區別在于：Borkowska方法通過卷積積分可以處理節點給定值的任意概率密度函數，而DoDazo方法只能處理成正態分布的概率密度函數。

三、 對電壓的影響

（1）對穩態電壓分布的影響：傳統配電網一般呈輻射狀，穩態運行狀況下，沿饋線潮流方向，電壓逐漸降低。接入DG后，在穩態情況下（視負荷恒定不變），由于饋線上的傳輸功率減小以及DG輸出的無功的支持，使得沿饋線的各負荷節點處的電壓被抬高。電壓被抬高多少與接入的DG的位置及總容量的大小有關。

（2）對系統電壓波動的影響：傳統配電網中，有功、無功負荷隨時間變化會引起系統電壓波動。朝線路末端方向，電壓的波動越來越大。如果負荷集中在系統末端附近，電壓的波動會更大，一般盡量避免這種情況的發生。DG接入配電網后，會影響系統電壓的波動，使其增大或減小，主要通過2種方式：1）DG與當地的負荷協調運行，即當該負荷增加（或減小）時，DG的輸出量增加（或減小），此時DG將抑制系統電壓的波動；2）DG不與當地的負荷協調運行，如利用自然資源發電的DG，由于其輸出受自然資源的可利用性影響很大，一般很難控制，所以這類DG很難與當地的負荷協調運行，此時DG將增大系統電壓的波動。

（3）控制措施： DG接入配電網后會對配電網的電壓產生很大的影響，傳統的電壓控制方式可能不再適用。為此，近年來通過分析DG對配電網電壓的影響，提出了許多新的控制方法。通過分析DG的容量及接入位置的變化對配電網穩態電壓分布的影響，提出當DG的總容量相對于網絡負荷較大時，配電站母線電壓應適當降低，一般通過調節步進電壓調節器（SVR）實現，以防止部分節點電壓越限。另外，為防止在DG退出運行后，部分節點的電壓波動太大，應保證DG多發有功，少發無功，系統缺額的無功功率由其它的無功支撐設備（如電容器等）補償。一種基于PI控制，利用變電站處潮流信息和DG所在母線的負荷信息調節可控的DG系統的輸出量來補償系統負荷波動，從而抑制系統電壓波動。可以在配電網中安裝基于電力電子技術的電壓補償設備，如靜止無功補償器（SVC），通過SVC與配電網中現存的電壓控制設備SVR的相互協調來抑制各種陡然變化的電壓波動。該方法并沒有利用較大容量的SVC完全替換已經安裝在配電網上的SVR，而是選用容量較小的SVC與SVR協調控制，既彌補了由于SVR的時延性而不能迅速響應陡峭的電壓波動的缺點，又具備很好的經濟性，是一種比較實際可行的方法。針對一組DG突然退出運行而造成系統電壓波動的情況，提出可以通過投入經優化組合的電容器組（利用禁忌搜索法進行優化組合）來抑制系統電壓的波動。還可以利用輸出量可控的DG系統（如燃料電池、汽輪機）補償輸出量不可控的DG系統（如風力發電、光伏系統）的輸出量的波動及負荷的波動，從而抑制系統電壓的波動。

四、對電能質量的影響

DG接入配電網后，會引入各種擾動，從而對系統的電能質量產生影響。其影響主要有2個方面。

（1）電壓閃爍DG在下列情況下可能直接或間接引起電壓閃爍：1）大型DG系統啟動；2）DG的輸出突然變化或發生較大變化；3）DG和反饋環節的電壓控制設備相互影響。目前采用的解決方法是要求DG的擁有者減少啟動次數并將DG通過逆變器接入配電網以減小DG輸出的大幅度變化。 （2）諧波DG在下列情況下可能引入諧波：1）分布式電源本身就是一個諧波源；2）DG經基于電力電子技術的逆變器接入配電網。針對大型配電網討論引入DG后一些重要母線的諧波電壓水平，提出可以在諧波電壓水平較高的母線上安裝特殊濾波器來抑制諧波電壓。針對含有PV發電系統的配電網，提出一種多功能逆變器控制策略，在PV發電系統的逆變器中加入并聯有源濾波器的功能，而且采用參考電壓最大功率點跟蹤控制策略來穩定電壓源逆變器的輸出電流，起到抑制系統諧波電壓的作用。

此外，對于諸如電壓脈沖（impulse）、浪涌（surge）、電壓跌落（sags）和瞬時供電中斷（outage）等動態電能質量問題，可以通過在分布式發電系統中加入儲能裝置來解決。

五、對系統保護的影響

由于輻射狀配電網的潮流是單向流動的，從電源到用戶，且考慮到配電網上80%的故障是瞬時的，所以傳統配電網的保護設計通常是在變電站處安裝反向過流繼電器，主饋線上裝設自動重合閘裝置，支路上裝設熔斷器。根據“僅斷開故障支路，對瞬時故障進行重合閘”原則，使自動重合閘裝置與各側支路上的熔斷器相互協調，而每個熔斷器又分別與其直接相連的上一級和/或下一級支路上的熔斷器相互協調以實現配電網線路的保護，此種保護不具有方向性。

六、對可靠性的影響

如果DG僅作為備用電源可以提高系統供電的可靠性，但如果DG與電網并聯運行，就可能降低系統的可靠性，例如：對于含有大量DG的配電系統，如果DG間相互協調不好，會降低系統的可靠性。另外，在系統中出現擾動時，由于DG的高度不確定性，也可能降低系統的可靠性。于是目前在實際工程中，系統一旦出現擾動，通常會切除所有的DG，使系統恢復到原來的結構。

七、對故障電流的影響

DG的出現會提高配電網的故障電流水平。DG對故障電流的影響取決于很多因素，如：DG的技術類型、運行模式、容量、滲透率與系統的接口方式及所采用的技術等。

今后，分布式發電（DG）的應用會越來越廣泛，其主要的發展趨勢是將基于多種發電技術的不同DG系統接入同一配電網中進行統一調度、相互協調，為系統提供高峰電能以提高系統的穩定性和供電可靠性。

主要研究工作有：（1）建立一個普遍適用的D G與配電網的并網標準（2）現有分布式發電技術的完善和新技術的研發 （3）建立各種分布式發電的穩態、暫態、動態分析等值模型；（4）研究各種分布式電源故障時對配電網的暫態穩定性的影響及控制策略 （5）研究各種分布式電源對故障電流的影響和貢獻（6）實現DG系統間以及DG系統與配電網之間的相互協調和對各分布式電源的調度，這將涉及到通訊技術、GPS技術、DSP技術以及電力系統的動態測量和在線檢測技術在分布式發電中的應用研究 （7）研究大量DG接人配電網后對潮流、電壓、保護及電能質量等方面的影響及控制措施（8）含有大量DG的配電網的規劃和設計（9）為實現最優運行，應考慮各種DG在配電網中的安裝位置及規模、運行模式、技術經濟評價等問題 （10）研究DG輸出變化的補償措施以減小DG的不確定性對配電系統的影響。