分布式電源入網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性的影響分析

吳菲汝

（江蘇省興化市供電公司調(diào)度控制中心，江蘇 興化 225700）

0 引 言

目前，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和電力技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)生活中越來(lái)越離不開(kāi)電力能源的供應(yīng)。傳統(tǒng)的電力供應(yīng)多數(shù)采用的是煤炭、天然氣以及化石能源等進(jìn)行發(fā)電，這些燃料均屬于不可再生資源。面對(duì)人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中逐漸增加的電力能源需求，如果長(zhǎng)期應(yīng)用這些不可再生能源進(jìn)行發(fā)電，將會(huì)面臨資源枯竭的危機(jī)，同時(shí)在燃燒過(guò)后產(chǎn)生的廢氣等還會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的污染。在我國(guó)大力倡導(dǎo)綠色環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的背景下，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等清潔能源發(fā)電技術(shù)逐漸涌現(xiàn)出來(lái)。分布式發(fā)電技術(shù)不僅能夠起到節(jié)約不可再生能源的目的，同時(shí)在發(fā)電過(guò)程中也不會(huì)對(duì)周邊的自然環(huán)境帶來(lái)影響。但是分布式電源的接入存在著較大的不可控因素，容易對(duì)配電網(wǎng)供電的可靠性和穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。基于此，必須進(jìn)一步分析分布式電源接入后對(duì)配網(wǎng)供電系統(tǒng)帶來(lái)的不穩(wěn)定影響，著力解決分布式電源接入后配網(wǎng)供電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中存在的問(wèn)題，從而不斷提升我國(guó)配網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于分布式電源的接納能力。

1 分布式電源發(fā)電技術(shù)的概述

分布式電源發(fā)電是一種節(jié)能型的新型發(fā)電方式，多用在一些對(duì)于電力供應(yīng)質(zhì)量要求不高的區(qū)域，多應(yīng)用風(fēng)能和太陽(yáng)能等清潔能源進(jìn)行發(fā)電。風(fēng)能具有可再生、清潔的特征，符合國(guó)家對(duì)于目前電力企業(yè)發(fā)展過(guò)程中節(jié)能環(huán)保的要求。風(fēng)能發(fā)電是近年來(lái)我國(guó)發(fā)電企業(yè)常用的一種清潔型發(fā)電方式，這種發(fā)電方式能夠?qū)L(fēng)能直接轉(zhuǎn)化為電能。在風(fēng)力較為強(qiáng)勁的地區(qū)安裝一些風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱以及發(fā)電機(jī)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過(guò)風(fēng)能的帶動(dòng)讓設(shè)備中的風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，然后再啟動(dòng)風(fēng)輪機(jī)將風(fēng)能帶來(lái)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能[1]。風(fēng)能的供應(yīng)會(huì)隨著地域的變動(dòng)和氣候的變化而具有較大的隨機(jī)性，而太陽(yáng)能卻是一種分布較為廣泛且能夠持續(xù)存在的能源。采用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，太陽(yáng)能發(fā)電在我國(guó)的分布式發(fā)電中應(yīng)用更加廣泛。通過(guò)在太陽(yáng)能充足的地區(qū)設(shè)置太陽(yáng)能吸收面板，利用光與半導(dǎo)體之間的相互作用形成電能。太陽(yáng)能面板主要是由光伏矩陣、并網(wǎng)逆變器以及逆變控制系統(tǒng)所構(gòu)成，而光伏矩陣又是由太陽(yáng)能電池串聯(lián)而成。當(dāng)太陽(yáng)能板收集完太陽(yáng)能源后，就會(huì)通過(guò)光伏矩陣將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后再利用并網(wǎng)逆變器將其輸送到配網(wǎng)系統(tǒng)中，從而為用戶(hù)提供相應(yīng)的電能。配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)

2 分布式電源接入的影響

分布式發(fā)電系統(tǒng)中電力的來(lái)源存在較大的波動(dòng)性和隨機(jī)性，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的電能及功率等造成了一定的影響。

2.1 配電網(wǎng)電能

由于分布式電源在接入后將會(huì)產(chǎn)生較大的諧波（如圖2），并且還會(huì)引起電壓的不穩(wěn)定性波動(dòng)，因此會(huì)改變配電網(wǎng)中電能的運(yùn)行性質(zhì)。分布式電源在接入?yún)^(qū)域配電網(wǎng)系統(tǒng)后，原先的輻射狀配電模式就會(huì)改變?yōu)榫W(wǎng)狀供電模式，整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)形成環(huán)網(wǎng)式的配電系統(tǒng)。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，分布式電源的接入就會(huì)抵消系統(tǒng)中大量的電力負(fù)荷。而這時(shí)，電力系統(tǒng)中的線路運(yùn)行過(guò)程中承受的電力負(fù)荷量減少，傳輸?shù)碾娏β室苍诓粩嘟档?，這就使得電力系統(tǒng)中各區(qū)域點(diǎn)處的電壓會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)[2]。在分布式電源接入口處電力負(fù)荷水平較大時(shí)，可以抵消區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的電力負(fù)荷量，進(jìn)而降低電壓的波動(dòng)性。如果分布式電源接入處的電力負(fù)荷水平不高，那么分布式電源將無(wú)法抵消配網(wǎng)電路中的電力負(fù)荷，導(dǎo)致配網(wǎng)電力系統(tǒng)中的電壓波動(dòng)不斷加劇。

圖2 諧波

除此之外，分布式電源在接入配網(wǎng)供電系統(tǒng)后還會(huì)產(chǎn)生諧波效應(yīng)。分布式電源并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中，并聯(lián)補(bǔ)償電容器容易與局域電網(wǎng)的整個(gè)線路發(fā)生諧振問(wèn)題，從而影響到整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。因此，在采用并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)時(shí)，必須要確保并網(wǎng)電力系統(tǒng)的電力平衡性。尤其是考慮到新能源發(fā)電技術(shù)在并入局域電網(wǎng)后存在的波動(dòng)性和不穩(wěn)定性問(wèn)題，需要及時(shí)搭配合理的補(bǔ)償器并采取有效的補(bǔ)償措施，從而維持整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。但是由于不同的并網(wǎng)系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域供電需求不同，因此導(dǎo)致不同電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的情況存在較大的差異性。即使在新能源發(fā)電技術(shù)并網(wǎng)過(guò)程中給予了一定的補(bǔ)償，但在極端條件下還是不可避免地會(huì)出現(xiàn)諧波問(wèn)題[3]。

2.2 繼電保護(hù)

傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)在供電過(guò)程中一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題，短路電流就會(huì)從電源部位直通到故障區(qū)域，并且這種短路電流還是單一流向（如圖3）[4]。目前，我國(guó)絕大多數(shù)配電系統(tǒng)采用放射網(wǎng)狀的布局方式。分布式電源的接入能夠直接連通電源與用戶(hù)，使電源與用戶(hù)之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模式，而在電流布局模式改變的情況下，供電過(guò)程中的潮流量也會(huì)隨之發(fā)生改變。由此可知，分布式電源接入?yún)^(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)后，會(huì)對(duì)區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)效果產(chǎn)生影響。

圖3 短路電流

首先，分布式發(fā)電方式接入后電源的故障電流可能會(huì)減小流過(guò)饋線繼電器的電流，從而影響到繼電保護(hù)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮[5]。其次，分布式電源在接入到區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)后可能會(huì)使相鄰的兩根饋線產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)故障效應(yīng)，如果其中一根故障饋線對(duì)相鄰的饋線產(chǎn)生故障效應(yīng)，就可能會(huì)出現(xiàn)連續(xù)跳閘的情況。最后，分布式電源的接入還可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的故障發(fā)生概率造成較大的影響。要想提升區(qū)域供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)故障的水平，就必須要進(jìn)一步優(yōu)化分布式電源的開(kāi)關(guān)設(shè)備。在區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)中，如果分布式電源接入電壓較大而導(dǎo)致故障問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)區(qū)域供電網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，以此輔助解決故障問(wèn)題[6]。

2.3 供電可靠性

供電可靠性對(duì)于供電企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。配網(wǎng)電力系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中的最終分配環(huán)節(jié)，也是整個(gè)電力系統(tǒng)傳遞過(guò)程中最為關(guān)鍵的構(gòu)成部分，工作職責(zé)是為用戶(hù)提供相應(yīng)的電能并輸送電力。但是配網(wǎng)電力系統(tǒng)屬于網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，同時(shí)又面向著不同的客戶(hù)，內(nèi)部具有較多的分支，這就造成配網(wǎng)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的區(qū)域較多并且發(fā)生故障的可能性較高。因此，電力企業(yè)對(duì)于配網(wǎng)電力系統(tǒng)的供電可靠性必須時(shí)刻關(guān)注[7]。分布式電源在接入到配網(wǎng)電力系統(tǒng)后，配網(wǎng)電力系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)行可靠性也會(huì)隨之提高。傳統(tǒng)的配網(wǎng)電力系統(tǒng)，當(dāng)其中一個(gè)支點(diǎn)發(fā)生故障問(wèn)題后，整個(gè)配網(wǎng)電力系統(tǒng)都會(huì)受到影響，這也對(duì)供電企業(yè)電力的穩(wěn)定傳輸帶來(lái)了極大的困擾。但是采用新型的分布式發(fā)電技術(shù)，將分布式電源插接入到配網(wǎng)電力系統(tǒng)中，即使某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，也不會(huì)影響到其他支路的正常運(yùn)行。也就是說(shuō)，當(dāng)分布式電源接入到配網(wǎng)供電系統(tǒng)中，會(huì)為配網(wǎng)供電系統(tǒng)局部區(qū)域的電壓提供一定的保障。除此之外，分布式電源的接入也可以適當(dāng)?shù)窒糠制渌钒l(fā)生故障問(wèn)題后電網(wǎng)內(nèi)部增加的負(fù)荷。在配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，如果某一支路發(fā)生故障問(wèn)題后，分布式電源的接入就會(huì)使得該區(qū)域的電源系統(tǒng)形成孤島運(yùn)作的模式。但是孤島運(yùn)作模式存在電壓和發(fā)電頻率不穩(wěn)定的現(xiàn)象，嚴(yán)重的情況下還會(huì)損害用戶(hù)的高精密儀器或其他電力生產(chǎn)設(shè)備，因此要謹(jǐn)慎選擇并合理使用[8]。

3 結(jié) 論

綜上所述，分布式電源的接入對(duì)于配電網(wǎng)供電的可靠性存在一定影響。分布式電源在接入配網(wǎng)供電系統(tǒng)時(shí)會(huì)使配網(wǎng)供電系統(tǒng)的運(yùn)行存在較大的波動(dòng)性，因此必須要找準(zhǔn)分布式電源接入配網(wǎng)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制切入點(diǎn)，從而提升分布式電源接入配網(wǎng)系統(tǒng)中的使用效果，促進(jìn)電力企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。