分布式電源接入對電網的影響分析與對策

馮穎楠　馬偉

摘 要

本文作者根據多年以來工作實際經驗，對分布式電源接入對電網的影響進行分析，闡述了其研究對策，以便和同行進行切磋與交流。

【關鍵詞】分布式電源 接入 電網 對策

1 分布式電源接入背景概述

分布式發電通過在配電網中建立獨立的發電單元對負荷進行供電，同時與外界電網進行能量交換，但是由于分布式發電具有間歇性、復雜性、多樣性、不穩定性的特點，大量分布式發電并網將有可能造成電力系統對其不可控制和難以管理的局面，并引發相應的電能質量、電網安全性和穩定性等諸多問題。為了解決電力系統與分布式發電之間的矛盾，充分發揮分布式發電為電力系統和用戶所帶來的技術經濟效益，進一步提高電力系統運行的靈活性、可靠性和經濟性，以及更好地滿足電力用戶對電能質量和供電可靠性的高要求，學者們提出了微網概念，將分布式發電供能系統以微網的形式接入到大電網并網運行，最有效地發揮分布式發電供能系統效能。

2 分布式電源接入對電網的影響

2.1 對電能質量的影響

分布式電源接入配電網后，在電能質量方面引發的主要問題為諧波問題。諧波的來源有兩種可能：一是分布式電源本身就是一個諧波源，二是分布式電源中采用的一些電力電子設備。在正常狀態下，諧波干擾的程度取決于變流器裝置的設計結構及其安裝的濾波裝置狀況，同時與電網的短路容量有關。微網接入配電網以后既是“電源”又是“負載”，當微網內分布式電源能夠滿足微網內負載供電時向大電網送電，呈現“電源”特性；當電網故障時，微網內的DG會向故障點注入短路電流，如果并網的大量微網都呈現“電源”特性。這種特性將會對配電網的短路容量產生很大的影響。

2.2 對電網安全性的影響

微網接入配電網后，故障電流的大小和方向將發生改變，從而給繼電保護的整定增加了一定難度。首先，微網中分布式電源提供的故障電流可降低所在線路保護的檢測電流值，使相應保護因達不到動作值而不能啟動，形成死區，使故障線路不能及時切除。另外，相鄰線路發生故障時，微網的反向電流可能使其所在的健康運行線路的保護檢測到的故障電流大于其整定值，從而引起誤動作；其次，微網中的各類分布式電源既可能造成故障電流的增加，也可能造成故障電流的減少，使得配電網的故障水平發生變化，若接入微網的容量很大，則可能使配電網的故障電流產生大幅度的變化；最后，微網的接入位置不同，故障電流的大小和流向也會有所不同，從而對保護動作行為的影響也不同。當微網接入配電網后，線路保護的靈敏度降低或者保護范圍縮小。

2.3 對電網交易市場的影響

分布式電源接入配電網后使得各種分布式電源能夠在統一開放的交易市場上進行公平競爭，不同的電力供應商、不同的供電質量、不同的費率結構等，為電力用戶提供了更多的選擇機會。根據發電競爭市場的電價信息和零售電力市場的需求信息，用戶完全可以靈活使用微網，讓它發揮更大的作用。通過不同時段選擇從配電網購電還是向配電網賣電，在緩解配電網峰谷差距的同時，為自己獲取更大的效益。

3 分布式電源接入影響對策分析

3.1 提供電源保障電網靈活可靠

配電網發生故障后，微網處于過渡狀態，根據智能電網的特點，要求在保證系統安全運行的情況下，快速恢復對非故障停電區域的負荷供電。由于分布式電源具有設備簡單、啟動速度快等優點，因此在過渡狀態下，通過應用分布式快速提供電源，獨立啟動各子系統，然后再將整個電網逐步連接，完成配電網由黑啟動到正常供電狀態的運行，有效實現了配電網在事故發生后的過渡過程中的“自愈”功能。同時，處于過渡狀態的微網，由于運行方式的靈活性，可以同配電網分離，繼續向所在的小范圍獨立電網供電，保證了重要負荷的持續供電，進一步提高了配電網的靈活性和可靠性。

3.2 采取科學控制策略

通過逆變器等變流器與系統相連的分布式電源，一般為變速風輪機、光伏發電、燃料電池以及各類儲能裝置。對于第一類，其控制策略可以參照傳統的發電機；而對于第二類，重點是優化逆變器的控制策略。關于逆變裝置的結構通常采用如圖1所示。主要元件包括可再生能源發電裝置、儲能元件、逆變裝置還有連接電感等。為了簡單實現建模過程，我們可以做以下假設：如果直流電源為光伏發電，我們可將其比作恒流源；如果直流側是燃料電池，我們可以把它比作恒壓源。常見的分布式電源接口逆變器控制方法分為恒功率控制、恒壓恒頻控制和下垂控制，這里我們介紹能夠夠有效抑制諧波，并提升電能質量的恒功率控制策略。

恒功率（PQ）控制策略的控制目標為各分布式電源輸出的有功功率和無功功率均恒定為要求的數值，即參考功率。對于風力發電以及光伏發電等可再生能源發電形式，往往希望增加其發電所占比重，充分利用可再生能源。因此通常采用最大功率跟蹤控制方式確保可再生能源電源可以輸出在現有自然條件下的最大輸出功率。

當這類電源實行恒功率控制時，其有功參考功率為最大功率跟蹤確定的輸出值。這時，無功功率的參考值可以由功率因數的要求值來確定。微型燃氣輪機、燃料電池等可調度分布式電源，其出力可以由燃料（天然氣等一次能源）用量的大小來調節。當其采用恒功率控制策略時，其有功無功參考值可以通過經濟調度的結果來確定。如果在并網狀態下，分布式電源采用恒功率控制時，其電壓和頻率由電網來維持。微網內部的負荷變動由連接的大電網承擔，各個分布式電源不受微網內部負荷變動影響。

4 結束語

本文主要研究分布式電源的接入對電網的影響，以及探討了分布式電源的接入影響的相關策略。在對分布式電源工作原理分析的基礎上，對分布式電源及微網的控制策略進行了介紹。在詳細論述分布式電源與配電網關系的基礎上，分析了在微網與配電網的相互響應及應對措施，進一步提出了微網與配電網的互動模式。

作者單位

國網邢臺供電公司 河北省邢臺市 054001endprint

摘 要

本文作者根據多年以來工作實際經驗，對分布式電源接入對電網的影響進行分析，闡述了其研究對策，以便和同行進行切磋與交流。

【關鍵詞】分布式電源 接入 電網 對策

1 分布式電源接入背景概述

分布式發電通過在配電網中建立獨立的發電單元對負荷進行供電，同時與外界電網進行能量交換，但是由于分布式發電具有間歇性、復雜性、多樣性、不穩定性的特點，大量分布式發電并網將有可能造成電力系統對其不可控制和難以管理的局面，并引發相應的電能質量、電網安全性和穩定性等諸多問題。為了解決電力系統與分布式發電之間的矛盾，充分發揮分布式發電為電力系統和用戶所帶來的技術經濟效益，進一步提高電力系統運行的靈活性、可靠性和經濟性，以及更好地滿足電力用戶對電能質量和供電可靠性的高要求，學者們提出了微網概念，將分布式發電供能系統以微網的形式接入到大電網并網運行，最有效地發揮分布式發電供能系統效能。

2 分布式電源接入對電網的影響

2.1 對電能質量的影響

分布式電源接入配電網后，在電能質量方面引發的主要問題為諧波問題。諧波的來源有兩種可能：一是分布式電源本身就是一個諧波源，二是分布式電源中采用的一些電力電子設備。在正常狀態下，諧波干擾的程度取決于變流器裝置的設計結構及其安裝的濾波裝置狀況，同時與電網的短路容量有關。微網接入配電網以后既是“電源”又是“負載”，當微網內分布式電源能夠滿足微網內負載供電時向大電網送電，呈現“電源”特性；當電網故障時，微網內的DG會向故障點注入短路電流，如果并網的大量微網都呈現“電源”特性。這種特性將會對配電網的短路容量產生很大的影響。

2.2 對電網安全性的影響

微網接入配電網后，故障電流的大小和方向將發生改變，從而給繼電保護的整定增加了一定難度。首先，微網中分布式電源提供的故障電流可降低所在線路保護的檢測電流值，使相應保護因達不到動作值而不能啟動，形成死區，使故障線路不能及時切除。另外，相鄰線路發生故障時，微網的反向電流可能使其所在的健康運行線路的保護檢測到的故障電流大于其整定值，從而引起誤動作；其次，微網中的各類分布式電源既可能造成故障電流的增加，也可能造成故障電流的減少，使得配電網的故障水平發生變化，若接入微網的容量很大，則可能使配電網的故障電流產生大幅度的變化；最后，微網的接入位置不同，故障電流的大小和流向也會有所不同，從而對保護動作行為的影響也不同。當微網接入配電網后，線路保護的靈敏度降低或者保護范圍縮小。

2.3 對電網交易市場的影響

分布式電源接入配電網后使得各種分布式電源能夠在統一開放的交易市場上進行公平競爭，不同的電力供應商、不同的供電質量、不同的費率結構等，為電力用戶提供了更多的選擇機會。根據發電競爭市場的電價信息和零售電力市場的需求信息，用戶完全可以靈活使用微網，讓它發揮更大的作用。通過不同時段選擇從配電網購電還是向配電網賣電，在緩解配電網峰谷差距的同時，為自己獲取更大的效益。

3 分布式電源接入影響對策分析

3.1 提供電源保障電網靈活可靠

配電網發生故障后，微網處于過渡狀態，根據智能電網的特點，要求在保證系統安全運行的情況下，快速恢復對非故障停電區域的負荷供電。由于分布式電源具有設備簡單、啟動速度快等優點，因此在過渡狀態下，通過應用分布式快速提供電源，獨立啟動各子系統，然后再將整個電網逐步連接，完成配電網由黑啟動到正常供電狀態的運行，有效實現了配電網在事故發生后的過渡過程中的“自愈”功能。同時，處于過渡狀態的微網，由于運行方式的靈活性，可以同配電網分離，繼續向所在的小范圍獨立電網供電，保證了重要負荷的持續供電，進一步提高了配電網的靈活性和可靠性。

3.2 采取科學控制策略

通過逆變器等變流器與系統相連的分布式電源，一般為變速風輪機、光伏發電、燃料電池以及各類儲能裝置。對于第一類，其控制策略可以參照傳統的發電機；而對于第二類，重點是優化逆變器的控制策略。關于逆變裝置的結構通常采用如圖1所示。主要元件包括可再生能源發電裝置、儲能元件、逆變裝置還有連接電感等。為了簡單實現建模過程，我們可以做以下假設：如果直流電源為光伏發電，我們可將其比作恒流源；如果直流側是燃料電池，我們可以把它比作恒壓源。常見的分布式電源接口逆變器控制方法分為恒功率控制、恒壓恒頻控制和下垂控制，這里我們介紹能夠夠有效抑制諧波，并提升電能質量的恒功率控制策略。

恒功率（PQ）控制策略的控制目標為各分布式電源輸出的有功功率和無功功率均恒定為要求的數值，即參考功率。對于風力發電以及光伏發電等可再生能源發電形式，往往希望增加其發電所占比重，充分利用可再生能源。因此通常采用最大功率跟蹤控制方式確保可再生能源電源可以輸出在現有自然條件下的最大輸出功率。

當這類電源實行恒功率控制時，其有功參考功率為最大功率跟蹤確定的輸出值。這時，無功功率的參考值可以由功率因數的要求值來確定。微型燃氣輪機、燃料電池等可調度分布式電源，其出力可以由燃料（天然氣等一次能源）用量的大小來調節。當其采用恒功率控制策略時，其有功無功參考值可以通過經濟調度的結果來確定。如果在并網狀態下，分布式電源采用恒功率控制時，其電壓和頻率由電網來維持。微網內部的負荷變動由連接的大電網承擔，各個分布式電源不受微網內部負荷變動影響。

4 結束語

本文主要研究分布式電源的接入對電網的影響，以及探討了分布式電源的接入影響的相關策略。在對分布式電源工作原理分析的基礎上，對分布式電源及微網的控制策略進行了介紹。在詳細論述分布式電源與配電網關系的基礎上，分析了在微網與配電網的相互響應及應對措施，進一步提出了微網與配電網的互動模式。

作者單位

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摘 要

本文作者根據多年以來工作實際經驗，對分布式電源接入對電網的影響進行分析，闡述了其研究對策，以便和同行進行切磋與交流。

【關鍵詞】分布式電源 接入 電網 對策

1 分布式電源接入背景概述

分布式發電通過在配電網中建立獨立的發電單元對負荷進行供電，同時與外界電網進行能量交換，但是由于分布式發電具有間歇性、復雜性、多樣性、不穩定性的特點，大量分布式發電并網將有可能造成電力系統對其不可控制和難以管理的局面，并引發相應的電能質量、電網安全性和穩定性等諸多問題。為了解決電力系統與分布式發電之間的矛盾，充分發揮分布式發電為電力系統和用戶所帶來的技術經濟效益，進一步提高電力系統運行的靈活性、可靠性和經濟性，以及更好地滿足電力用戶對電能質量和供電可靠性的高要求，學者們提出了微網概念，將分布式發電供能系統以微網的形式接入到大電網并網運行，最有效地發揮分布式發電供能系統效能。

2 分布式電源接入對電網的影響

2.1 對電能質量的影響

分布式電源接入配電網后，在電能質量方面引發的主要問題為諧波問題。諧波的來源有兩種可能：一是分布式電源本身就是一個諧波源，二是分布式電源中采用的一些電力電子設備。在正常狀態下，諧波干擾的程度取決于變流器裝置的設計結構及其安裝的濾波裝置狀況，同時與電網的短路容量有關。微網接入配電網以后既是“電源”又是“負載”，當微網內分布式電源能夠滿足微網內負載供電時向大電網送電，呈現“電源”特性；當電網故障時，微網內的DG會向故障點注入短路電流，如果并網的大量微網都呈現“電源”特性。這種特性將會對配電網的短路容量產生很大的影響。

2.2 對電網安全性的影響

微網接入配電網后，故障電流的大小和方向將發生改變，從而給繼電保護的整定增加了一定難度。首先，微網中分布式電源提供的故障電流可降低所在線路保護的檢測電流值，使相應保護因達不到動作值而不能啟動，形成死區，使故障線路不能及時切除。另外，相鄰線路發生故障時，微網的反向電流可能使其所在的健康運行線路的保護檢測到的故障電流大于其整定值，從而引起誤動作；其次，微網中的各類分布式電源既可能造成故障電流的增加，也可能造成故障電流的減少，使得配電網的故障水平發生變化，若接入微網的容量很大，則可能使配電網的故障電流產生大幅度的變化；最后，微網的接入位置不同，故障電流的大小和流向也會有所不同，從而對保護動作行為的影響也不同。當微網接入配電網后，線路保護的靈敏度降低或者保護范圍縮小。

2.3 對電網交易市場的影響

分布式電源接入配電網后使得各種分布式電源能夠在統一開放的交易市場上進行公平競爭，不同的電力供應商、不同的供電質量、不同的費率結構等，為電力用戶提供了更多的選擇機會。根據發電競爭市場的電價信息和零售電力市場的需求信息，用戶完全可以靈活使用微網，讓它發揮更大的作用。通過不同時段選擇從配電網購電還是向配電網賣電，在緩解配電網峰谷差距的同時，為自己獲取更大的效益。

3 分布式電源接入影響對策分析

3.1 提供電源保障電網靈活可靠

配電網發生故障后，微網處于過渡狀態，根據智能電網的特點，要求在保證系統安全運行的情況下，快速恢復對非故障停電區域的負荷供電。由于分布式電源具有設備簡單、啟動速度快等優點，因此在過渡狀態下，通過應用分布式快速提供電源，獨立啟動各子系統，然后再將整個電網逐步連接，完成配電網由黑啟動到正常供電狀態的運行，有效實現了配電網在事故發生后的過渡過程中的“自愈”功能。同時，處于過渡狀態的微網，由于運行方式的靈活性，可以同配電網分離，繼續向所在的小范圍獨立電網供電，保證了重要負荷的持續供電，進一步提高了配電網的靈活性和可靠性。

3.2 采取科學控制策略

通過逆變器等變流器與系統相連的分布式電源，一般為變速風輪機、光伏發電、燃料電池以及各類儲能裝置。對于第一類，其控制策略可以參照傳統的發電機；而對于第二類，重點是優化逆變器的控制策略。關于逆變裝置的結構通常采用如圖1所示。主要元件包括可再生能源發電裝置、儲能元件、逆變裝置還有連接電感等。為了簡單實現建模過程，我們可以做以下假設：如果直流電源為光伏發電，我們可將其比作恒流源；如果直流側是燃料電池，我們可以把它比作恒壓源。常見的分布式電源接口逆變器控制方法分為恒功率控制、恒壓恒頻控制和下垂控制，這里我們介紹能夠夠有效抑制諧波，并提升電能質量的恒功率控制策略。

恒功率（PQ）控制策略的控制目標為各分布式電源輸出的有功功率和無功功率均恒定為要求的數值，即參考功率。對于風力發電以及光伏發電等可再生能源發電形式，往往希望增加其發電所占比重，充分利用可再生能源。因此通常采用最大功率跟蹤控制方式確保可再生能源電源可以輸出在現有自然條件下的最大輸出功率。

當這類電源實行恒功率控制時，其有功參考功率為最大功率跟蹤確定的輸出值。這時，無功功率的參考值可以由功率因數的要求值來確定。微型燃氣輪機、燃料電池等可調度分布式電源，其出力可以由燃料（天然氣等一次能源）用量的大小來調節。當其采用恒功率控制策略時，其有功無功參考值可以通過經濟調度的結果來確定。如果在并網狀態下，分布式電源采用恒功率控制時，其電壓和頻率由電網來維持。微網內部的負荷變動由連接的大電網承擔，各個分布式電源不受微網內部負荷變動影響。

4 結束語

本文主要研究分布式電源的接入對電網的影響，以及探討了分布式電源的接入影響的相關策略。在對分布式電源工作原理分析的基礎上，對分布式電源及微網的控制策略進行了介紹。在詳細論述分布式電源與配電網關系的基礎上，分析了在微網與配電網的相互響應及應對措施，進一步提出了微網與配電網的互動模式。

作者單位

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