含分布式電源的配電網(wǎng)研究綜述

劉 蕾，王 天

（1.青島大學 電氣工程學院，山東 青島 266071；2.國網(wǎng)山東省電力公司平原縣供電公司，山東 德州 253100）

0 引 言

隨著新能源并網(wǎng)發(fā)電的飛速發(fā)展，分布式電源（Distributed Generation，DG）在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。相較于傳統(tǒng)電源，分布式電源更接近用戶群體，使其可以根據(jù)用戶的實際情況進行調節(jié)，節(jié)約電網(wǎng)建設成本，彌補集中發(fā)電的缺陷，為電力用戶提供不間斷供電，給電網(wǎng)建設帶來了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。同時，大規(guī)模分布式電源并入配電網(wǎng)，使系統(tǒng)電壓分布和潮流走向發(fā)生了變化[1]，增大了配電系統(tǒng)的復雜性和不確定性，進而影響配電網(wǎng)的網(wǎng)損情況。綜上所述，本文從分布式電源接入配電網(wǎng)后對其的影響和線損分攤兩方面入手，充分闡述分布式電源與配電網(wǎng)之間的聯(lián)系和配電網(wǎng)線損分攤新趨勢，希望可以為配電網(wǎng)的管理工作提供一定的技術支持與幫助。

1 分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響

分布式電源因其清潔、效率高以及靈活等特點被廣泛應用于配電網(wǎng)，但DG的接入勢必會對配電網(wǎng)的電壓、潮流分布以及短路電流等相關參數(shù)產(chǎn)生影響。這主要體現(xiàn)在配電網(wǎng)中分布式電源之間相互獨立，電氣銜接不夠緊密，用戶能夠根據(jù)自身需要調整電源的輸出功率，減少供電企業(yè)在輸配電環(huán)節(jié)產(chǎn)生的電能損耗，同時帶來了諸多負面影響。分布式電源與傳統(tǒng)的集中式電源相比，分布更分散，給供電企業(yè)的管理和調度帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。在電能相對充足的地區(qū)，如果分布式電源發(fā)出的電能不能被及時消納或是并入配電網(wǎng)，將會產(chǎn)生棄光、棄風等現(xiàn)象[2]。

1.1 分布式電源接入配電網(wǎng)的模式

1.1.1 低壓分散接入

低壓分散接入是一種常見的分布式電源接入配電網(wǎng)模式。該種模式主要針對規(guī)模較小的電源，接入電壓等級一般為380 V。對于這種接入方式，分布式電源與負荷之間經(jīng)過的配電環(huán)節(jié)較少，可以發(fā)揮分布式電源并網(wǎng)靈活、發(fā)電方式多樣的優(yōu)點，缺點是使配電網(wǎng)故障檢修排查變得困難，配電系統(tǒng)的調度方式實現(xiàn)也存在一定的難度。

1.1.2 中壓分散接入

與低壓分散接入配電網(wǎng)類似，這種方式是通過容量中等的配電變壓器低壓側并入配電網(wǎng)。它的整體穩(wěn)定性和容量與低壓分散接入相比會更高，投資成本也會相應增加。

1.1.3 專用線路接入

專線接入是指在分布式電源容量較大時，為了降低對電能質量的影響，會選擇一種專線接入的方式提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。專線接入是指分布式電源系統(tǒng)通過變電站中低壓母線接入配電網(wǎng)。雖然接入容量受變電站容量的限制，但是接入電壓相對穩(wěn)定，適合大容量分布式電源并網(wǎng)。需要注意，在選擇不同類型方式接入配電網(wǎng)時，必須滿足不會越級到上一電壓等級線路送電的基本原則，否則會出現(xiàn)穩(wěn)定性下降的情況[3]。

1.2 分布式電源對配電網(wǎng)潮流的影響

常規(guī)配電網(wǎng)線路潮流一般是從變電站低壓側母線流向各負荷節(jié)點，即單向流動。當分布式電源系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，從根本上改變了傳統(tǒng)的系統(tǒng)潮流流向，使系統(tǒng)潮流變?yōu)殡p向流動。分布式電源在向電網(wǎng)傳輸電能時，根據(jù)電源和負荷節(jié)點的物理位置關系，線路各點的潮流可能變大也可能變小。當分布式電源的輸出功率大于所帶負荷時，線路某些部分可能會出現(xiàn)反向潮流。由于光伏、風電等系統(tǒng)的輸出受光照、風力等自然因素的影響較大，因此分布式電源的輸出功率很不穩(wěn)定，給配電網(wǎng)的調度帶來了極大困難，使得無法預測潮流。如果從分布式電源流向配電變壓器的反向潮流過大，上級變電站主變壓器可能會過負荷，導致變電站低壓側母線電壓越限，從而影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[4]。

1.3 分布式電源對配電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的分析

當接入的部分發(fā)生系統(tǒng)故障時，分布式電源可以通過單獨供電的方式為停電的用戶供電，這對于一些非常重要的企業(yè)以及單位具有重要作用。此外，一些分布式電源在并網(wǎng)過程中可能需要可靠性評估，這時會出現(xiàn)一些其他影響因素，如孤島效應、輸出功率不穩(wěn)定問題等。分布式電源接入配電網(wǎng)會抵消一部分線路上的負荷，因此會影響線路負載率。在線路不同位置接入，對線路負載率穩(wěn)定性的影響不同。研究中模擬了一個固定容量的分布式電源光伏，分別通過不同專線接入10 kV配電變壓器，然后統(tǒng)計不同位置接入對負載率的影響，結果如圖1所示。

圖1 不同接入位置時各段線路負載率

由圖1可見，在線路末端靠近負荷處接入分布式電源，負載率更合理，電網(wǎng)更穩(wěn)定。

2 線損分攤方法

輸電網(wǎng)的損耗在電力市場交易中只占全部成本的很小一部分，但在配電網(wǎng)中對用戶或具體交易帶來了很大影響。如何對網(wǎng)損進行公平、合理、有效的分攤，是目前供電企業(yè)面臨的主要問題。當前，國內外線損分攤方法的研究主要歸為3類——比例分攤、敏感系數(shù)分析和市場經(jīng)濟。

2.1 比例分攤

比例分攤包括平均網(wǎng)損系數(shù)法和潮流追蹤法，其中平均網(wǎng)損系數(shù)法是電網(wǎng)企業(yè)最先使用的網(wǎng)損分攤方法。它將網(wǎng)損按平均分攤的思想在各負荷用戶間進行分攤，簡單易懂，但不能實現(xiàn)雙向分攤，不適用于DG并網(wǎng)系統(tǒng)[5-6]。潮流追蹤法在系統(tǒng)潮流分布基礎上，按一定比例確定各發(fā)電節(jié)點輸出功率所占比重以及各負荷節(jié)點所吸收的功率由哪些電源點提供，并作為線損分攤的依據(jù)。此方法在含分布式電源的配電網(wǎng)中具有廣闊的應用前景[7]。

2.2 敏感系數(shù)分析

敏感系數(shù)分析包括邊際網(wǎng)損系數(shù)法和耗損微增率法兩種。邊際網(wǎng)損系數(shù)法是將全網(wǎng)線損分攤給發(fā)電機和負荷節(jié)點，能夠體現(xiàn)各節(jié)點對網(wǎng)損的微增成本信息，具有很高的經(jīng)濟指導價值，被廣泛應用于電力市場的線損分攤。耗損微增率法通過分布式電源并網(wǎng)的潮流路徑對系統(tǒng)功率的影響程度確定所需分攤的線損量。該方法把DG的接入當成一路普通電源的接入，利用DG并網(wǎng)位置、并網(wǎng)容量的變化對線損影響進行線損分攤。

2.3 市場經(jīng)濟

市場經(jīng)濟包括短期邊際成本法、節(jié)點定價法和基于博弈論的線損分攤方法。短期邊際成本法是將輸電網(wǎng)的線損并入輸電成本來實現(xiàn)網(wǎng)損分攤。采用此方法在得到DG并網(wǎng)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟信號的同時還能用作DG的并網(wǎng)規(guī)劃。節(jié)點定價法是指系統(tǒng)某節(jié)點新增1 MW電量所需的系統(tǒng)邊際成本。該方法能夠量化DG對配電網(wǎng)的貢獻，優(yōu)化DG布局結構，推動DG良性發(fā)展。基于博弈論的線損分攤方法可將配電網(wǎng)線損問題轉化為合作博弈問題，將線損降到最低，實現(xiàn)最大化的社會效益。目前，這3種方法都需要進一步的深入研究，以便更適用于含DG的配電系統(tǒng)。

DG的大規(guī)模并網(wǎng)使線損分攤工作越來越復雜，未來線損分攤在考慮DG對配電網(wǎng)的影響、配電網(wǎng)運行經(jīng)濟性的基礎上，可從改進傳統(tǒng)線損分攤方法入手，在計算總線損的過程中把DG并入潮流計算，進而使傳統(tǒng)線損分析方法更加完善。另外，可以從一個全新的角度考慮含DG的線損分攤，從而制定出一個讓電網(wǎng)企業(yè)和分布式電源投資者都滿意的方案，是未來DG并網(wǎng)下的一個重要研究方向。

3 結 論

分布式電源作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，具有廣闊的應用前景。本文首先分析分布式電源接入配電網(wǎng)對電壓及潮流的影響，然后從比例分攤、敏感系數(shù)分析和市場經(jīng)濟等角度分析傳統(tǒng)線損分攤方法，并提出未來線損分攤新趨勢。當下，分布式電源正大規(guī)模并網(wǎng)，希望含DG配電系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定和經(jīng)濟，從而實現(xiàn)更加合理、有序發(fā)展。