分布式電源對配電網可靠性的影響

黃 婧，謝 梟，王若昕，沈丹青，何麗娜，陳汝科，楊凱帆

（1.國網湖北省電力有限公司沙洋縣供電公司，湖北沙洋 448200；2.國網湖北省電力有限公司鐘祥市供電公司，湖北鐘祥 431900）

引言

為順應可持續發展及增強智能電網的發展理念，可再生能源逐漸登上了世界舞臺，越來越多的分布式電源接入了電力系統。但由于分布式電源發電具有隨機性，當其接入電力系統時，可能會對配電網的可靠性產生影響。

在分布式電源并網方面，國內外已有較為成熟的研究。文獻[1,2]建立了各類分布式電源的模型；文獻[3]提出用蟻群算法對分布式電源并網進行研究；文獻[4]以某配電網為例，計算了光伏電源并網后對配電網產生的電壓波動。

以上述研究為基礎，首先闡述了分布式電源的原理，然后分別仿真計算容量對電纜網及架空網的影響。

1 分布式電源

1.1 光伏發電

單個光伏電池可視為PN節點，當它被太陽光激發時，會產生一個電子-空穴對[5,6]。

分布式光伏發電系統產生的電能一般不能直接供人們使用，需要通過多個環節進行轉換和改進[7]。

1.2 風力發電

風力發電的原理是將風能轉變成機械能，進而再將機械能轉變為電能[8]。

1.3 燃料電池發電

燃料電池發電的原理是將化學能轉化為電能[9]，其具有以下優點：①部分負荷時也能保持高效率；②通過與燃料供給裝置的組合，可適用寬范圍的燃料；③由于輸出功率由堆的輸出功率決定，機組容量具有自由度；④電池本體的負荷響應性好；⑤NOX及SOX等的排出量少，有利環保。

1.4 燃氣輪機發電

燃氣輪機的工作原理如圖1所示[10]。

圖1 燃氣輪機原理

2 可靠性的計算

2.1 計算流程

可靠性計算的流程如圖2所示。

圖2 可靠性計算流程圖

2.2 分布式電源接入位置

在進行可靠性計算時，需要設置分布式電源的接入位置。對電網模型的饋線部分進行合理分段，如圖3、4所示。

圖3 電纜網分段

圖4 架空網分段

根據上述分段圖及線路各段的運行特性，分別選取接入位置為電纜網的末端BUS4與BUS6，架空網的末端BUS2、BUS6與BUS9。

3 邊界條件設定

3.1 容量對可靠性的影響

電纜網的接入位置選擇BUS4與BUS6，則仿真結果如圖5所示。

圖5 容量對電纜網可靠性的影響

由圖5可以看出，隨著分布式電源綜合功率占后端線路負荷的比例增加，電網系統的可靠性持續提高，總體趨勢是積極的。與總線4相比，并入電網分支總線6的分布式電源具有更強的可靠性。造成這種現象的原因是，此時分布式電源是接入系統的末端，當發生故障時，可以切除回路變為孤島，因此可以提高系統的可靠性。

接下來進行容量對架空網影響的仿真計算，接入位置選取架空網的末端BUS2、BUS6與BUS9，仿真計算結果如圖6所示。由圖6可以看出，類似于電纜網絡接入，架空電網的可靠性隨占到后續線路負荷百分比的增加而增加，分布式電源容量的并入增長，總體趨勢是積極的。其中，當接入BUS2位置時，可靠性的提高更明顯。與接入電纜網相同，接入末端位置時，當發生故障時，可以切除回路變為孤島，因此可以提高系統的可靠性。

圖6 容量對架空網可靠性的影響

觀察圖6還可知道，當接入容量占線路最大負荷倍數為0.47時，3個接入位置的可靠性都得到了明顯的提升，因此分布式電源的接入容量占線路最大負荷倍數應選擇在0～0.47之間，此時可靠性提升效果最為明顯。

3.2 儲能設備對可靠性的影響

對電纜網可靠性的影響進行仿真，接入位置依舊選取在BUS6，仿真計算結果如圖7所示。通過圖7可知，隨著風機與光伏系統并入容量的不斷增加，系統的可靠性呈明顯的正相關趨勢，如當儲能電池組達到10組時，風機系統的可靠性提高至99.956 5%，光伏系統的可靠性提高至99.955 3%，其他組數可靠性的變化規律也一致。由此可知，儲能電池可以一定程度地提升電纜網系統的可靠性。

圖7 儲能設備對電纜網可靠性的影響

對架空網可靠性的影響仿真，接入位置選取BUS9，仿真計算結果如圖8所示。通過圖8可知，隨著風機與光伏發電系統接入容量的增加，系統的可靠性也隨之增大。當儲能電池組為10組時，風機系統的可靠性提升至99.9153%，光伏系統的可靠性提升至99.9144%。由此可得，儲能電池組可以適當提升架空網的可靠性。

圖8 儲能設備對架空網可靠性的影響

4 結論

針對分布式電源對配電網可靠性的影響，首先闡述了各分布式電源的原理及特點，然后分別對接入容量、位置及儲能配合3個因素對可靠性的影響進行仿真計算。計算結果表明，分布式電源的接入位置越靠近電網末端，可靠性的提升幅度越大，并且配合儲能設備也會提升系統的可靠性。