分布式發(fā)電接入及其對電網(wǎng)影響分析

王 軍

（國網(wǎng)河南省電力公司三門峽供電公司，河南 三門峽472000）

分布式發(fā)電是一種經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的發(fā)電技術(shù)，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，但是由于分布式電源的容量受限，其接入在很多方面受到限制，一般會(huì)采取就近接入電網(wǎng)的方式。分布式電源接入電網(wǎng)之后，電網(wǎng)的電流強(qiáng)弱、分布及流向會(huì)隨之發(fā)生變化，影響了電網(wǎng)電壓的質(zhì)量、調(diào)節(jié)控制和供電能力，所以分布式發(fā)電接入在電網(wǎng)建設(shè)過程中面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，要盡量消除其對電網(wǎng)的消極影響。

1 分布式發(fā)電接入概述

1．1 分布式發(fā)電的概念及其分類

分布式發(fā)電（Distributed Generation，DG）是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在負(fù)荷附近的發(fā)電設(shè)施。分布式發(fā)電的主要目標(biāo)從原來的遠(yuǎn)程電力輸送變?yōu)橥ㄟ^在用戶所在地最大限度地利用新能源進(jìn)行發(fā)電并提高能量源利用率。2013年我國發(fā)改委發(fā)布的《分布式發(fā)電管理暫行辦法》中對分布式發(fā)電的概念作出了新的定義，指安裝在用戶所在地或附近，以用戶端自發(fā)自用的運(yùn)行方式為主，也可以利用多余電量上網(wǎng)，并且其發(fā)電設(shè)施或綜合梯級(jí)以電網(wǎng)系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)為主要特征［1］。

總之，對分布式發(fā)電的概念可以簡單理解為：對分散的資源進(jìn)行充分利用，并將其在用戶或其附近進(jìn)行布置，且裝機(jī)規(guī)模較小的發(fā)電系統(tǒng)，通常將其接入到電壓等級(jí)小于35 kV的電網(wǎng)中。

分布式發(fā)電技術(shù)的種類有很多，按照所需能源和使用的并網(wǎng)技術(shù)、發(fā)電的規(guī)模等方面進(jìn)行劃分，包括天然氣多聯(lián)供、垃圾發(fā)電、工業(yè)余熱余壓、燃料電池發(fā)電、潮汐發(fā)電、光伏及發(fā)熱發(fā)電（即太陽能發(fā)電）、小水電以及風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電技術(shù)。目前應(yīng)用最為廣泛的是建在建筑物屋頂?shù)姆植际焦夥l(fā)電系統(tǒng)，通過與電網(wǎng)的結(jié)合，為附近的用戶提供所需電能［2］。

1．2 分布式發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)

分布式發(fā)電接入與電網(wǎng)的結(jié)合，對用戶供電的可靠性得到了保障。很多用戶對供電的可靠性有著很高的要求，而分布式發(fā)電可以作為一種提高可靠性供電的備用機(jī)組，停電情況下造成的損失會(huì)減少，電網(wǎng)發(fā)生意外或事故的情況下也能夠繼續(xù)保持供電，可見分布式發(fā)電與電網(wǎng)相結(jié)合的供電方式能夠使用戶供電的可靠性得到提高［3］。

電網(wǎng)系統(tǒng)中的潮流決定了電網(wǎng)耗損的程度，系統(tǒng)潮流的分布狀態(tài)受到分布式電源的直接影響，電網(wǎng)耗損程度也會(huì)隨之受到影響。分布式電源的特點(diǎn)包括：電源容量有限、分布范圍廣、并網(wǎng)電壓等級(jí)低，且大多能夠就地消納等。因此，可以從網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷量需求以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來分析，通過對分布式電源容量的合理設(shè)計(jì)以及對電源布局的優(yōu)化，不僅能夠有效緩解配電網(wǎng)功率的輸送壓力，還能夠大大降低電力輸送線路的耗損［4］。

我國眾多邊遠(yuǎn)地區(qū)，特別是山區(qū)和農(nóng)牧區(qū)，亟需形成集中化和規(guī)?；墓╇娋W(wǎng)，但這需要大量的投資金額，通過分布式發(fā)電接入技術(shù)恰好能夠彌補(bǔ)這種缺陷。由于邊遠(yuǎn)地區(qū)的巨大水電開發(fā)潛能，在解決電力供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)中加強(qiáng)水電發(fā)展是重要內(nèi)容，同時(shí)也是改善人民生活條件、提高人民收入水平的重要途徑，可見通過分布式發(fā)電接入的供電方式，能夠有效解決我國邊遠(yuǎn)地區(qū)人民用電難的問題。

1．3 分布式發(fā)電接入技術(shù)的現(xiàn)狀

分布式電源是集中發(fā)電的一種補(bǔ)充，主要在用戶所在地的附近配置，不僅降低了配電網(wǎng)功率的輸送壓力，也緩解了用戶承擔(dān)高額費(fèi)用的壓力，并提高了用電的可靠性［5］。

目前，分布式發(fā)電在電網(wǎng)中的接入和配置改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，從原先的輻射狀結(jié)構(gòu)向多電源的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，電網(wǎng)自身的電壓分布也發(fā)生了變化，同時(shí)也改變了電網(wǎng)中潮流的方向和大小，上級(jí)電網(wǎng)也會(huì)通過下級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行供電，以各個(gè)供電網(wǎng)點(diǎn)為中心的電流水平也得到了提高。分布式發(fā)電自身有發(fā)生故障的概率和不穩(wěn)定性，加之其并網(wǎng)技術(shù)和控制需要更多電子器件的支持，但由于電子器件頻繁開通和關(guān)閉會(huì)產(chǎn)生諧波分量，電網(wǎng)的電流保護(hù)系統(tǒng)會(huì)因短路電流的變化而受到影響，進(jìn)而對電網(wǎng)的整體管理產(chǎn)生不利影響。

2 分布式發(fā)電接入對電網(wǎng)可靠性的影響

分布式電源在電網(wǎng)線路發(fā)生故障時(shí)可隨時(shí)為停電的用戶提供電力，尤其是十分重要的負(fù)荷，這樣就減少了平均斷電時(shí)間。分布式電源在并網(wǎng)的條件下會(huì)出現(xiàn)很多新的影響因素，所以需要對電網(wǎng)可靠性隨時(shí)進(jìn)行預(yù)測和評(píng)估。例如，供電可靠性受到分布式電源的影響和孤島運(yùn)行的聯(lián)系是十分密切的。在連接的主電網(wǎng)解列之后，分布式電源開關(guān)跳閘，分布式電源依然能夠繼續(xù)為部分負(fù)荷供應(yīng)電量，這種狀態(tài)就是孤島運(yùn)行模式，而電網(wǎng)檢修工作人員自身的安全性在這樣的條件下會(huì)受到威脅，所以要盡量避免這種情況的出現(xiàn)。此外，分布式電源易受外部環(huán)境的影響，其中氣候因素最為普遍，尤其是太陽能和風(fēng)力發(fā)電，不穩(wěn)定的出力水平同樣會(huì)影響到電網(wǎng)可靠性的提升［6］。

3 分布式發(fā)電接入對電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的影響

分布式發(fā)電接入電網(wǎng)后，有功功率和無功功率的注入程度會(huì)改變電網(wǎng)原來的潮流方向，以傳統(tǒng)的控制策略進(jìn)行抑制的話會(huì)有一定難度，電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的電流電壓水平會(huì)因調(diào)壓能力的降低而超標(biāo)，分布式發(fā)電接入電網(wǎng)之后，為了實(shí)現(xiàn)對電壓的影響，要通過對電網(wǎng)阻抗上有功潮流和無功潮流的改變來完成。

例如將分布式電源接在出線端L1的末端，那么就會(huì)減少主變壓器的負(fù)荷量，電壓無功自動(dòng)控制將會(huì)調(diào)整二次電壓的方向，同時(shí)減少并網(wǎng)點(diǎn)和母線之間的壓降。當(dāng)出力超出了L1的負(fù)荷時(shí)，壓降變?yōu)?，如果繼續(xù)增加出力的同時(shí)向出線L2的部分負(fù)荷提供電力的話，那么并網(wǎng)點(diǎn)的電壓將會(huì)大幅增加，可能會(huì)導(dǎo)致分布式電源周圍的電壓水平過高。同理，如果分布式電源停止運(yùn)行，電壓會(huì)隨之下降，電壓無功自動(dòng)控制的相應(yīng)速度也會(huì)變慢，那么主變壓器的供電范圍勢必會(huì)出現(xiàn)電壓過低的現(xiàn)象。

通過計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，饋線電壓的分布會(huì)因電網(wǎng)附近的分布式電源而得到改善，可是位置的選擇要得當(dāng)，否則分布式電源電壓變化會(huì)使一些節(jié)點(diǎn)中電壓過高，如果強(qiáng)制停止運(yùn)作，節(jié)點(diǎn)會(huì)因電壓過低而產(chǎn)生電能質(zhì)量的問題。

4 分布式發(fā)電接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

4．1 諧波

分布式電源與電網(wǎng)的結(jié)合主要通過逆變器。將分布式電源接入到大型電網(wǎng)之后，其中很多重要母線的諧波都會(huì)發(fā)生變化，諧波的電壓水平會(huì)隨之提高，所以為了有效抑制諧波電壓，可以安裝一種特殊的濾波器在諧波水平較高的母線上；在光伏發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)中可使用多功能逆變器對諧波電壓進(jìn)行有效控制，即把有源濾波器的功能加入到光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器中［8］。

4．2 電壓閃變

電壓閃變是因不穩(wěn)定的燈光照明度而造成的視感。在傳統(tǒng)電網(wǎng)中的產(chǎn)生電壓閃變原因主要是由于負(fù)荷的瞬間變化，而分布式電源的接入和啟動(dòng)使電網(wǎng)中輸出功率在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化，電網(wǎng)系統(tǒng)中控制電壓的反饋設(shè)備與分布式單元的相互作用可能隨時(shí)都會(huì)引起電壓閃變。

4．3 電壓的偏差

分布式發(fā)電接入會(huì)對電網(wǎng)電壓產(chǎn)生很大影響，對電壓的調(diào)整產(chǎn)生阻礙，電網(wǎng)饋線上的電壓幅值會(huì)隨著負(fù)荷潮流的變化而變化，電壓的調(diào)整和維護(hù)工作變得困難，往往會(huì)有電壓超標(biāo)的可能。而頻繁的分布式發(fā)電啟動(dòng)和關(guān)閉會(huì)造成電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)［9］。

5 分布式發(fā)電接入對電網(wǎng)調(diào)度管理的影響

分布式發(fā)電與電網(wǎng)相結(jié)合的供電運(yùn)行方式改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)中潮流單向性的特點(diǎn)。從發(fā)電方式上看，傳統(tǒng)電網(wǎng)與分布式電源的并聯(lián)有多種方式選擇，且原有系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆S著大量電子設(shè)備的引入而發(fā)生改變，進(jìn)而電壓潮流的分布態(tài)勢也隨之受到影響，使電網(wǎng)的穩(wěn)定性降低，加之電壓和頻率受到外界的干擾而變得不同步，這樣整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)都會(huì)受到連累。

由于目前分布式電源發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量有限，需要電網(wǎng)向負(fù)荷提供電量，當(dāng)負(fù)荷高于發(fā)電容量時(shí)，并入系統(tǒng)的電網(wǎng)才能夠順利運(yùn)行，負(fù)荷受到二者的同時(shí)供電；當(dāng)負(fù)荷低于發(fā)電容量時(shí)，分布式發(fā)電才能夠把剩余的電量提供給電網(wǎng)。在對配電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制時(shí)，由于原有的電網(wǎng)呈放射狀，對信息的采集和能源調(diào)度的工作就比較容易，分布式電源的接入使其過程變得復(fù)雜，所以需要對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行更新，同時(shí)增加更多的信息［10］。

6 結(jié) 論

本文從分布式發(fā)電接入的概念、分類及優(yōu)點(diǎn)著眼，針對其對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、電壓調(diào)節(jié)以及電能質(zhì)量等方面的影響進(jìn)行了分析和探討，并對其產(chǎn)生的負(fù)面影響提出了相應(yīng)的措施。分布式發(fā)電與電網(wǎng)的結(jié)合有利于電網(wǎng)耗損的降低和供電量的增加，用戶供電的可靠性得到提高，同時(shí)很多地區(qū)用電難的問題也能夠得到一定緩解。所以做好分布式發(fā)電與電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)工作，對電力供應(yīng)技術(shù)的發(fā)展也有重要意義。

［1］ 謝知寒．杭州地區(qū)分布式光伏電源接入方式及其保護(hù)與控制研究［D］．保定：華北電力大學(xué)，2013．

［2］ 夏丹丹．含分布式電源的電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)調(diào)度［D］．成都：西華大學(xué)，2013．

［3］ 王瑞琪．分布式發(fā)電與微網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)控制研究［D］．濟(jì)南：山東大學(xué)，2013．

［4］ 劉壯志．含微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)規(guī)劃理論及其應(yīng)用研究［D］．保定：華北電力大學(xué)，2013．

［5］ 郭 銘，艾 芊．分布式發(fā)電接入對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響分析［J］．供用電，2010，12（01）：1－3．

［6］ 王玉龍．基于改進(jìn)文化算法的含分布式發(fā)電配電網(wǎng)規(guī)劃［D］．保定：華北電力大學(xué)，2012．

［7］ 周 穎．光伏并網(wǎng)發(fā)電站對配網(wǎng)的影響分析及正負(fù)效應(yīng)綜合評(píng)估［D］．重慶：重慶大學(xué)，2012．

［8］ 徐 群．分布式電源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響分析與評(píng)估［D］．保定：華北電力大學(xué)，2012．

［9］ 彭 科，柳 澹．分布式發(fā)電及其對配電網(wǎng)的影響分析與處理［J］．中國高新技術(shù)企業(yè)，2011，11（30）：151－152．

［10］王鹿軍．分布式發(fā)電中三相三電平并網(wǎng)逆變器的若干關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．杭州：浙江大學(xué)，2013．