新能源接入對主動配電網的影響分析

許昀生

摘要：隨著社會的發展，新能源的應用勢在必行，國外的一些相關領域在主動配電網與分布式發電的影響因素上進行了分析和研究，從在電力負荷的預測、設計規劃以及管理控制方面分別對分布式能源的接入所產生的影響進行了討論、研究，并提出了相對應的解決方案設想。

關鍵詞：新能源接入;主動配電電網

CIGRE C6 開展“分散發電對電力系統的影響”研究始于 90 年代后期，國內對主動配電網（亦稱“有源配電網”）研究開展較早并有相關文獻發表。目前國內外研究配電網的文獻主要分四類：第一類主要是研究分布式電源、電動汽車等對傳統配電網的相關影響，主要包括規劃模型、繼電保護，自動重合閘控制、電能質量、網絡損耗與無功優化、故障定位與孤島檢測、可靠性評估策略、智能電網管理與控制，智能微網技術控制等;第二類是主動配電網的概念及研究框架，即主動配電網定義，主動配電網與傳統配電網、微電網、智能電網三者之間的差別，主動配電網示范工程建設進展等;第三類是主動配電網運行控制，源于對主動配電網體系本身尚未形成清晰統一的認識，因此該類研究文獻大多是對電壓控制、負荷控制、配網優化規劃算法層面的改進等;第四類文獻對主動配電網規劃問題、主動配電網技術可行性研究方面進行了一些探討。而對于分布式新能源的接入對主動配電網的影響方面的研究成果較少。本文通過對國內外主動配電網相關研究以及分布式發電對傳統配電網影響研究的深入分析，從負荷預測、規劃和運行控制三方面對分布式新能源接入主動配電網產生的影響開展討論，提出含新能源的主動配電網一次網絡與能源交換布局設計理念，并提出將大數據技術應用于主動控制系統的設想，進行了基于大數據技術的主動控制體系設計和含新能源的主動配電系統規劃系統設計。

1. 主動配電網的概念及特征

1.1 主動配電網的概念

在“主動配電網的運行與發展”這個研究報告中指出，主動配電網就是通過使用靈活的網絡技術拓撲來進行管理潮流，以達到對局部范圍內分布式能源進行主動控制和管理的實際配電系統。在分布式能源的界定上，主要有分布式發電、電儲能和可控負荷等。但在實際的發展過程中，由于缺乏核心運算工具，除了少數國家以外，大部分國家都沒有把ADS規劃進配電網和作為運行的必要內容，而且在主動管理和控制方面，現在仍然處于最初級的實用階段。

1.2 主動配電網的特征

在分布式新型能源進行大規模的接入配電網后，主要是以新能源、主動配電網、用電負荷這三個方面為主的結構特征的新配電技術。同傳統配電的不同之處在于，新技術能夠自主地對分布式方面的性能上進行預測與分析，并對可控的一些分布式資源實行管理與控制，以減少或清除能源的不確定性給電網帶來的問題。在實際使用方面具有三個特征：一是分布式資源的可控性;二是在可控能力上較為突出和完善;三是能夠通過控制中心進行協調化管理;四是在網絡拓撲的結構方面可進行靈活調節。主動配電網具有可控性和可觀性，以充分體現這方面的主動性。在可觀性方面的主要體現是可以做到監測主網以及配電網與用戶方面的負荷同分布式電源的主要運行狀態，在這種情況下來預測其發展狀態，并合理提出相應的優化控制方法;在可控性方面的主要體現是在分布式電源、負荷以及儲能等的控制靈活性方面，當制定出優化協調方面的策略后，就可以利用控制中心來進行執行。在主動性方面的主要體現是在預判能力上能夠及時判斷不安全問題，并根據實際制定出相對應的策略，然后利用控制中心來進行執行，而不像在傳統式的配電網情況下，只能在隱患問題演變成故障后才采取解決措施。

2. 新能源發電接入主配電網的影響

2.1 新能源的接入對電能質量上的影響

光伏發電與風力發電都會受到環境氣候的影響，具有間歇性和不穩定性的特點，同時在設備上還會配有整流逆變設備和其他方面的電力元器件，這樣就會產生諧波與直流分量。當諧波電流接入電網當中后，就會造成配電網中的電壓產生畸變，嚴重影響電能在實際使用上的質量問題，同時也會造成部分測量儀表和設備在測量上不準確、嚴重增加負荷，還有可能會造成電力系統出現繼電保護、部分自動裝置錯誤動作的問題，嚴重影響電力系統的正常運行。在并網電量的使用中隨機波動較多，在可調型方面又較差，在并網的時候會產生很強的沖擊電流，同時也會因為沖擊電流造成電網電力頻率出現偏差的問題，電壓也會出現相應的波動和閃變，從而造成在饋線內的潮流產生變化，進而在穩態電壓分布與無功上造成影響的特性，造成電網在不可控性與調峰容量的余度上的變大。新能源在發電單元上的啟動次數過多就會造成配電線路在負荷潮流上的變化增大，進而增加了在電壓調整方面的難度。同時因為在發電的設備采用了大量的電子設備裝置，在實際電壓的調節上和控制上都與傳統的電網有著很大的區別。雖然在正常情況下，新能源在設備上都會裝有逆變裝置，在正常的運轉情況下不會出現向電網進行輸入功率的問題，一旦發生問題，短路就會瞬間向電網中輸入電流，增大配電網的開關上電流強度，極大可能造成電網的開關短路電流超過標準，影響在電網運行方面的安全。

2.2 新能源的接入對網損傷的影響

當將新能源成功接入電力配電網中后，現有的配電系統將會由原來的單向式電源輻射網絡轉變成為用戶之間互聯與多電弱環的網絡。在電網的主要分布形式上將會產生根本性的轉變，在負荷的大小與方向問題上都會變得很難進行預測。這就造成網損不但會與負載等方面因素產生關聯，還會與系統所直接連接電源的具體位置和實際容量的大小都產生密切關系。

2.3 新能源的接入對配電網系統在實時監控上的影響

現在運行的配電網是一種無源的具有放射性的電網，在對信息的采集上、開關的實際操作上和在能源的調度方面的操作都相對簡單，在進行監測、控制管理與高度上都是由供電部門進行具體實施的。由于新能源的接入造成在此方面變得較為復雜，重點需要注意在對新能源接入以后，容易出現的“孤島”現象實施監測和預防。當新能源配電與主配電網實施分離后，仍然繼續往獨立配電網進行輸電，就很容易會產生“孤島”的現象。孤島上的電壓大小和頻率的數值都無法用電網進行控制，一旦電壓與頻率嚴重超出允許范疇，可能造成用戶的相應設備損壞;如果實際負載容量高于孤島中的逆變器容量，就會造成逆變器容量過載，容易造成逆變器的損毀，同時也會給在這方面進行檢測的人員帶來安全危險。如果進行重新合閘操作，就會導致在這條線路上出現再次跳閘的問題，而且在負荷上容易出現在供需上的嚴重不平衡，在實際電能質量的損害上也是相當嚴重的，降低供電的可靠性。

3 結語

為適應新能源的大量消納，ADS 是未來配電技術發展的方向，本文在國內外研究的基礎上對分布式新能源對配電網的影響、ADS 技術的發展進行了分析，進而從多方面探討新能源接入對 ADS 的影響。同時，本文提出含新能源的 ADS 主動控制體系設計構想，主要包括含新能源 ADS 一次網絡與能源交換布局，基于大數據技術的信息采集架構以及 ADS 規劃系統設計，以期為 ADS 的研究提供參考。

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