分布式電源并網(wǎng)后對網(wǎng)絡(luò)損耗的影響

湯 力，張文超，蘇 敏

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司 孝感供電公司，湖北 孝感 432000；2.中乾立源工程咨詢有限公司 漢陽分公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源消耗愈來愈嚴(yán)重，環(huán)境污染問題也隨之加劇[1]。為此，分布式能源逐漸受到了各行各業(yè)的關(guān)注，其具有清潔和可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，逐漸廣泛地應(yīng)用至電力領(lǐng)域中[2]。

分布式電源具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，但受周圍環(huán)境的影響較大，因此具有較大的波動性及不確定性[3]。當(dāng)其接入電網(wǎng)時(shí)，可能會對配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，使得配電網(wǎng)的潮流分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗。

1 分布式電源及其分類

1.1 太陽能光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電方式，具有取之不盡的特點(diǎn)[4]。圖1為光伏發(fā)電的結(jié)構(gòu)圖，其中太陽能光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并通過逆變器將電能轉(zhuǎn)化為可供電網(wǎng)使用的交流電，最后供給交流電網(wǎng)。近年來，并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)發(fā)展愈發(fā)迅猛，已經(jīng)成為我國光伏發(fā)電的主要形式。

圖1 并網(wǎng)光伏發(fā)電的結(jié)構(gòu)圖

1.2 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電是指將風(fēng)產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電方式，其發(fā)電原理為當(dāng)風(fēng)能作用在風(fēng)電機(jī)的葉片上時(shí)，會產(chǎn)生機(jī)械能使葉片發(fā)生轉(zhuǎn)動進(jìn)行發(fā)電，最終實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)化[5]。

風(fēng)能的取能較為輕便，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電對于地域的要求較低，具有良好的社會效益。但風(fēng)力發(fā)電需要大量的維護(hù)費(fèi)用，成本較高，同時(shí)具有較大的間歇性和隨機(jī)性。

1.3 燃料電池

燃料電池發(fā)電是通過將燃料燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其工作原理如圖2所示。燃料電池的燃燒不是指現(xiàn)實(shí)意義的燃燒，而是指電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)。通過電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，從而為電網(wǎng)供能[6]。

圖2 燃料電池的工作原理圖

2 分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響

2.1 對網(wǎng)絡(luò)損耗的影響

傳統(tǒng)配電網(wǎng)是一個(gè)簡單的輻射網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)分布式電源接入后，會使傳統(tǒng)配電網(wǎng)變?yōu)槎嚯娫垂╇娤到y(tǒng)。此時(shí)，配電網(wǎng)的潮流可能會發(fā)生逆流，進(jìn)而影響配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗。而網(wǎng)損與經(jīng)濟(jì)性息息相關(guān)，網(wǎng)損的增大不僅會使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性變差，也會使得部分地區(qū)電力供應(yīng)不足。因此，研究分布式電源并網(wǎng)對網(wǎng)損的影響具有重要作用。

2.2 對可靠性的影響

分布式電源具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的功能，因此當(dāng)在電網(wǎng)中接入分布式電源后，可以在一定程度上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。分布式電源在大電網(wǎng)中常作為后備電源使用，當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)停電事故時(shí)，分布式電源可以對其周圍區(qū)域進(jìn)行供電，進(jìn)而提高了電網(wǎng)的可靠性。但由于分布式電源具有一定的波動性與隨機(jī)性，因此當(dāng)其規(guī)劃不合理時(shí)，可能反而會對電網(wǎng)可靠性造成不利影響。

2.3 對電能質(zhì)量的影響

分布式電源并網(wǎng)后還可能會對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)如下。（1）由于分布式電源具有隨機(jī)性與波動性，因此其電源啟停時(shí)間無法完全確定，進(jìn)而就會導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)閃變。（2）當(dāng)分布式電源接入電網(wǎng)時(shí)，由于其開關(guān)器件的頻繁動作會產(chǎn)生諧波，因此很可能會對系統(tǒng)造成諧波干擾。（3）傳統(tǒng)電網(wǎng)為單源輻射網(wǎng)絡(luò)，而當(dāng)分布式電源接入后，傳統(tǒng)電網(wǎng)變?yōu)榱硕嚯娫垂╇娤到y(tǒng)，這就導(dǎo)致系統(tǒng)潮流發(fā)生變化，可能會對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓造成影響。

2.4 對繼電保護(hù)的影響

分布式電源并網(wǎng)后對電網(wǎng)的繼電保護(hù)也會產(chǎn)生一定影響，主要表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)。一是分布式電源并網(wǎng)可能會影響電網(wǎng)自動重合閘的重合，因此當(dāng)含自動重合閘的配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，需要立即切除分布式電源。二是當(dāng)分布式電源向電網(wǎng)輸送功率時(shí)，會改變繼電保護(hù)的保護(hù)范圍，因此可能導(dǎo)致繼電保護(hù)失去方向性。

2.5 對電網(wǎng)規(guī)劃的影響

隨著越來越多的分布式電源接入電網(wǎng)，使得配電網(wǎng)愈發(fā)復(fù)雜，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃方案不再適用，因此在對含有分布式電源的電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，必須將傳統(tǒng)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與分布式電源的特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，尋找到最優(yōu)的電網(wǎng)規(guī)劃方案。

3 算例分析

為進(jìn)一步研究分布式電源并網(wǎng)對配電網(wǎng)網(wǎng)損的影響，選取IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)，分別計(jì)算分布式電源接入位置及電源容量大小對網(wǎng)損的影響[7]。

3.1 分布式電源接入位置對網(wǎng)損的影響

仿真計(jì)算分布式電源接入位置對網(wǎng)損的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 分布式電源接入位置對網(wǎng)損的影響

由圖3可知，當(dāng)分布式電源接入配電網(wǎng)不同位置時(shí)，其產(chǎn)生的有功損耗不同，同時(shí)分布式電源容量大小也對網(wǎng)損有所影響。當(dāng)分布式電源的容量較小時(shí)，隨著分布式電源接入位置逐漸靠近線路末端，其產(chǎn)生的有功損耗也逐漸減小。而隨著分布式電源的容量增大，線路末端的網(wǎng)損反而較大。

3.2 分布式電源容量大小對網(wǎng)損的影響

仿真計(jì)算分布式電源容量大小對網(wǎng)損的影響，結(jié)果如圖4所示。

如圖4所示，網(wǎng)損隨分布式電源容量的變化趨勢呈現(xiàn)“U”型趨勢，同時(shí)隨著分布式電源的接入位置逐漸接近線路末端，使網(wǎng)損最小的最優(yōu)容量逐漸減小。

圖4 分布式電源容量大小對網(wǎng)損的影響

4 結(jié) 論

隨著分布式電源的日益發(fā)展，越來越多的分布式電源接入了電力系統(tǒng)。而分布式電源具有一定的隨機(jī)性和波動性，當(dāng)接入電網(wǎng)后可能會對配電網(wǎng)造成影響。為此，本文闡述了分布式電源及其分類，分析了分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響，最后分別仿真計(jì)算了分布式電源接入位置及電源容量大小對網(wǎng)損的影響，為后續(xù)分布式電源并網(wǎng)研究奠定了基礎(chǔ)。