淺析分布式電源并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響與安全調(diào)控管理

王凱

（國網(wǎng)山東省電力公司新泰市供電公司，山東 泰安 271200）

一、分布式電源的主要特點

投資少，易于建設(shè)。分布式電源單機容量和發(fā)電規(guī)模都比較小，因而，不需要建設(shè)大規(guī)模的變電站和配電設(shè)施，土建和安裝成本低，建設(shè)周期短，投資規(guī)模小。

環(huán)境友好，污染小。分布式發(fā)電廣泛采取各種可再生能源發(fā)電技術(shù)，發(fā)電過程很少由污染物排放，噪聲也不大；又由于分布式發(fā)電系統(tǒng)電源電壓等級較低，沒有遠距離大容量高壓輸電線路，產(chǎn)生的電磁輻射也很小，又不會占用大量的土地和砍伐樹木，因而，與環(huán)境相處友好，可減輕供電的環(huán)境壓力。

運行靈活、安全。分布式發(fā)電系統(tǒng)中的電源，單機容量小，機組數(shù)目多，彼此之間有一定的獨立性，同時發(fā)生故障的概率較小，不易發(fā)生大規(guī)模的停電事故，供電可靠性高。客戶具有可自行控制的分布式供能系統(tǒng)，在其他客戶遭受事故時，避免停電的處境。多個小型的發(fā)電單元，便于分別操作和智能化控制，啟停快捷、靈活。

降低系統(tǒng)損耗，提高能源利用效率。分布式電源通過能源的梯級利用，可以提高能源綜合利用效率。分布式電源電力大多就地消納，通過優(yōu)化電源布局，合理設(shè)計電源容量，可以減少配電網(wǎng)的功率輸送，降低輸送線路的損耗。

二、分布式電源接入后對電網(wǎng)的影響

（一）對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

由于規(guī)劃區(qū)內(nèi)客戶可根據(jù)自身實際需求安裝和使用分布式電源，這些分布式電源與電力負荷相抵消，從而對規(guī)劃區(qū)負荷增長的模型產(chǎn)生影響，加大了規(guī)劃區(qū)電力負荷預(yù)測的預(yù)測難度。同時，分布式電源安裝點存在不確定性，輸出電能又有隨機性。因此，分布式電源的接入會影響系統(tǒng)的負荷增長模式，使原有的配電系統(tǒng)的負荷預(yù)測和規(guī)劃面臨著更大的不確定性。

配電網(wǎng)規(guī)劃是一個動態(tài)、多目標不確定性、非線性規(guī)劃問題，其動態(tài)屬性與其維度相關(guān)聯(lián)，配電網(wǎng)本身節(jié)點數(shù)非常多，系統(tǒng)增加大量分布式發(fā)電機節(jié)點，使得在所有可能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中尋找最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)布置方案更加困難。同時，對含多種類型分布式發(fā)電混合聯(lián)網(wǎng)供電系統(tǒng)，根據(jù)各類型能源分布特征建立模型，在配電網(wǎng)中確定合理的電源結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)有效利用各種類型電源成為待解決的問題，這就更加大了規(guī)劃的難度。

（二）對配電網(wǎng)網(wǎng)損的影響

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)網(wǎng)損計算總是與負荷有關(guān)。含分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)損計算不僅和負荷有關(guān)，同時還與分布式電源的容量和具體位置以及網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電系統(tǒng)由原有的單電源輻射式網(wǎng)絡(luò)將變?yōu)橛脩艋ヂ?lián)和多電源的弱環(huán)網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)的潮流分布將發(fā)生根本性的變化，其不再是單方向地從變電站母線流向各個負荷，而是大小和方向都無法預(yù)測。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)將直接導(dǎo)致配電網(wǎng)的網(wǎng)損發(fā)生變化。

（三）對配電網(wǎng)繼電保護的影響

由瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護與過電流保護組成的三段式電流保護具有保護原理簡單、可靠性高的優(yōu)點，并且在一般情況下也能夠滿足快速可靠切除故障的要求，因而在10kV 配電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。分布式電源大量接入配電網(wǎng)后，系統(tǒng)的潮流重新分布，短路故障時，故障電流的大小和流向也會因分布式電源的接入位置和接入容量的不同產(chǎn)生很大的不同，從而對三段式電流保護動作行為產(chǎn)生不同的影響。1.分布式電源引起保護拒動作。分布式電源提供的故障電流降低了所在線路保護的檢測電流值，使相應(yīng)保護因達不到動作值而不能啟動。2.分布式電源引起保護誤動。相鄰饋線的故障有可能會使原本沒有故障的饋線跳閘而失去電源。3.分布式電源可能改變配電網(wǎng)故障電流水平，故障電流水平的提高要求開關(guān)設(shè)備的升級，從而增加投資，而故障電流水平的降低則可能給過流保護帶來問題。

（四）對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

分布式電源是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)上的，同時分布式電源在接入配電網(wǎng)后會引起配電網(wǎng)的各種擾動，從而對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，主要有以下幾個方面：1.電壓波動：（1）分布式電源與當?shù)氐呢摵蓞f(xié)調(diào)運行，分布式電源的輸出量隨負荷的變化相應(yīng)地變化將抑制系統(tǒng)電壓的波動。（2）分布式發(fā)電功率隨機變化、分布式發(fā)電機的啟停均會影響，引起電壓波動、電壓閃變以等電能質(zhì)量問題。2.諧波問題：（1）分布式電源的能量轉(zhuǎn)換具有間歇性和不穩(wěn)定性，（2）分布式電源中采用了整流-逆變技術(shù)和大量的電力電子設(shè)備，不同類型分布式發(fā)電機、不同的分布式發(fā)電聯(lián)網(wǎng)方式可能會造成不同程度的諧波畸變。

（五）對配電網(wǎng)可靠性的影響

如果分布式電源是作為配電系統(tǒng)的備用電源來使用，配電網(wǎng)發(fā)生故障以后，在保證電力系統(tǒng)安全的前提下，利用分布式電源為客戶供電，將會減少停電面積，可以提高系統(tǒng)的供電可靠性。但是，如果分布式電源是和系統(tǒng)電源并網(wǎng)運行，分布式電源與配電網(wǎng)的繼電保護配合不好將使繼電保護誤動作，則可能降低系統(tǒng)的可靠性。分布式發(fā)電系統(tǒng)中，當電網(wǎng)供電因故障事故或停電維修而跳脫時，各個用戶端的分布式電源未能及時檢測出停電狀態(tài)而將自身切離市電網(wǎng)絡(luò)，并形成由分布式電源和其相連負載組成的一個自給供電的孤島發(fā)電系統(tǒng)。可能會對系統(tǒng)、維修人員等造成危害，而且負荷可能出現(xiàn)的供需不平衡將嚴重損害電能質(zhì)量，從而降低配電網(wǎng)的供電可靠性。

三、分布式電源的安全調(diào)控管理

（一）“三步走”消除對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

宏觀掌控。分布式電源的規(guī)劃應(yīng)與地區(qū)總體電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)，從源頭控制分布式電源“遍地開花”的狀態(tài)。結(jié)合近期配電網(wǎng)規(guī)劃，提前計算出負荷接納能力，保證分布式電源接入后不會影響系統(tǒng)的負荷增長模式。細節(jié)把握。本著就近分散接入，就地平衡消納的原則，將分布式電源對負荷影響融合到“負荷預(yù)測—電源規(guī)劃—網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃”的傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃步驟中去。模型建立。提前摸清變電站布點周圍適合于分布式電源建設(shè)選址的地點，提前建立分布式電源模型，在配電網(wǎng)中確定合理的電源結(jié)構(gòu)。從最優(yōu)電網(wǎng)模型的技術(shù)角度進行分布式電源的最優(yōu)容量和位置規(guī)劃。

（二）“兩個合理”減少對配電網(wǎng)網(wǎng)損的影響

合理配置分布式電源。在不影響供電可靠性的基礎(chǔ)上，確定電網(wǎng)平衡節(jié)點位置，減少對配網(wǎng)網(wǎng)損影響。合理考慮分布式電源的接入實際容量及接入具體位置。通過配網(wǎng)有功網(wǎng)損的精準表達式，計算出系統(tǒng)有功最小網(wǎng)損接入位置。

（三）“三個加裝”減少對配電網(wǎng)繼電保護的影響

加裝故障限流器，能夠減少電路上的故障電流，避免了短路故障下的高阻抗情況。加裝方向性元件，在線路接入分布式電源位置的上游兩側(cè)實施安裝，會更好的控制故障電路。加裝其他保護措施，如方向比較式的眾聯(lián)保護，進一步提高繼電保護的可靠性。

（四）“兩種控制”消除對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

通過積分控制器“控制”。針對可控電壓源的分布式電源，利用具備復(fù)數(shù)增益的準比例復(fù)數(shù)積分控制器，與相位補償準比例諧振控制器相配合，構(gòu)成相位補償控制策略，實現(xiàn)對任意次諧波序分量的獨立控制。通過雙調(diào)諧注入式混合有源濾波器的新型DFACTS 裝置“控制”。通過跨接配電變壓器的接入方式，使其既能對配電變壓器高、低壓側(cè)電能質(zhì)量問題進行治理，又能穩(wěn)定逆變器直流側(cè)電壓，還能保護配電變壓器免受諧波干擾。

（五）加裝“反孤島裝置”消除對配電網(wǎng)可靠性的影響

為了避免孤島效應(yīng)，并網(wǎng)中需要裝設(shè)反孤島裝置。原理：通過改變分布式電源出力與負載之間的功率平衡，擾動其輸出的電壓與頻率，引起過欠壓或過欠頻保護動作，破壞其孤島運行。