劉 銳，劉 敏，辜俊明

（貴州大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550003）

0 引言

近年來(lái)，分布式電源技術(shù)以發(fā)電形式靈活、所用原料廣泛、環(huán)境污染小的優(yōu)點(diǎn)，得到了很快的發(fā)展。隨著工商業(yè)供電可靠性要求的不斷提高和電力技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式電源將會(huì)成為配電網(wǎng)中的一支重要力量。從目前來(lái)看，分布式電源主要接入對(duì)象是配電網(wǎng)領(lǐng)域，其接入使得電力系統(tǒng)變得更加高效靈活。它的接入直接改變了配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，由輻射性網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡到分布的點(diǎn)狀電源直接和用戶負(fù)荷相連的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)大規(guī)模接入時(shí)，無(wú)疑將對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生很大影響。

1 分布式電源

1.1 分布式電源

分布式電源（DG，distributed generation）是指分布在配電網(wǎng)中的功率為10 k W～30 MW小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。分布式電源具有調(diào)峰、利用再生能源、節(jié)省輸變電投資、降低網(wǎng)損和提高供電可靠性等優(yōu)點(diǎn)［1］。一般看來(lái)，分布式電源的發(fā)電形式包括小型風(fēng)力發(fā)電、小型熱電聯(lián)產(chǎn)、風(fēng)力水力蓄電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電等。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是其中小型風(fēng)電和光電非常適合接入樓宇、社區(qū)，這也是未來(lái)智能電網(wǎng)的一個(gè)發(fā)展方向。

1.2 分布式電源接入配電網(wǎng)

低壓配電網(wǎng)連接的典型結(jié)構(gòu)類型有單電源輻射式接線、樹(shù)枝式接線和環(huán)網(wǎng)式接線等，用戶根據(jù)供電可靠性劃分選擇接線方式，在我國(guó)低壓配電網(wǎng)建設(shè)中以單相輻射狀鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)為主。

當(dāng)分布式電源接入配電網(wǎng)中運(yùn)行時(shí)有以下優(yōu)勢(shì)：①系統(tǒng)中各電源點(diǎn)相互獨(dú)立，電氣上的結(jié)構(gòu)連接不是非常緊密，用電客戶可以根據(jù)所需自行調(diào)整，發(fā)生大規(guī)模完全停電事故的概率非常低，所以供電可靠性比較高；②用戶可對(duì)自己區(qū)域電能質(zhì)量和可靠性自行監(jiān)控，非常適合向辦公樓、偏遠(yuǎn)山區(qū)、社區(qū)居民樓供電；③分布式電源輸配電過(guò)程中引起的損耗非常小，可以節(jié)約很大部分電量，同時(shí)安裝維修成本也較低；④具有調(diào)峰作用，分布式發(fā)電一般接入負(fù)荷中心，能夠減小各終端變電站母線的等值負(fù)荷，從而緩解對(duì)電力系統(tǒng)功率傳輸?shù)男枨螅?］。

2 分布式電源接入對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響

分布式電源逐步接入配電網(wǎng)可以說(shuō)是以后智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在少數(shù)情況下偏遠(yuǎn)地區(qū)只有分布式電源供電，大多數(shù)情況下用戶希望既可以由當(dāng)?shù)嘏渚W(wǎng)供電也可以由分布式獨(dú)立電源供電，使供電的靈活性和可靠性大幅度提高。但是分布式電源點(diǎn)狀大量接入使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，進(jìn)而帶來(lái)配電規(guī)劃的新問(wèn)題。傳統(tǒng)的規(guī)劃方法目前還沒(méi)有充足的能力解決包括分布式電源在內(nèi)的規(guī)劃問(wèn)題，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的規(guī)劃方法都不同程度地將規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)化，對(duì)于規(guī)劃中客觀存在的難以定量表達(dá)的不確定性因素缺乏較好的處理方法［3］。可以預(yù)見(jiàn)的是，分布式電源的不定量接入對(duì)于配電網(wǎng)規(guī)劃將有下列影響：

（1）分布式電源的大規(guī)模接入將增加電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)難度。一般來(lái)講配網(wǎng)規(guī)劃往往是假設(shè)所供負(fù)荷的增長(zhǎng)是穩(wěn)定和平均的，而分布式電源的突然加入會(huì)使配網(wǎng)規(guī)劃人員無(wú)法準(zhǔn)確有效地預(yù)測(cè)負(fù)荷增長(zhǎng)，繼而無(wú)法進(jìn)行規(guī)劃。由于配電網(wǎng)建設(shè)占電力系統(tǒng)投資建設(shè)的很大一部分，因此分布式電源的接入可有效推遲原有電網(wǎng)的擴(kuò)建進(jìn)度，并可大量減少電網(wǎng)改造升級(jí)的投資。因?yàn)榉植际诫娫淳嚯x負(fù)荷較近，其可降低不必要的線損。但是如果裝機(jī)地點(diǎn)和容量不能合理配置，將會(huì)出現(xiàn)循環(huán)功率，反而引起電能損耗的增加。為使配電規(guī)劃達(dá)到最優(yōu)效果，規(guī)劃人員必須提前對(duì)分布式電源可能給配網(wǎng)造成的影響做出較準(zhǔn)確的評(píng)估，以保證分布式電源的逐步滲透不會(huì)對(duì)原有負(fù)荷造成沖擊。

（2）使配網(wǎng)線路布置困難增加。傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃的年限一般為5年～20年，且用戶負(fù)荷增長(zhǎng)比較平均，線路鋪建也比較穩(wěn)定。由于規(guī)劃問(wèn)題的動(dòng)態(tài)屬性同其維數(shù)相關(guān)聯(lián)（通常需要同時(shí)考慮幾千個(gè)節(jié)點(diǎn)），若再出現(xiàn)許多發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，將會(huì)使得在所有可能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中尋找到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)布置方案（即可以使建造成本、維護(hù)成本和電能損耗最小的方案）更加困難［4］。

（3）增加了電網(wǎng)公司的運(yùn)營(yíng)管理難度。獨(dú)立安裝分布式電源的小型用戶，一般希望兩路供電，即在保證小型分布式電源接入的同時(shí)也有電網(wǎng)公司提供的電能可以使用。但是這與想維持系統(tǒng)接入前電能質(zhì)量和可靠性水平不變的電網(wǎng)公司的初衷是相悖的。當(dāng)大量點(diǎn)狀獨(dú)立電源進(jìn)入配電系統(tǒng)之后，系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其單相電源的饋電潮流特性隨之改變，所以需增加相應(yīng)的電力電子設(shè)備以確保配電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定，這又增加了其基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)成本。

（4）對(duì)原有供電設(shè)備容量造成浪費(fèi)。分布式電源接入配電網(wǎng)可以有效減少配電網(wǎng)投資，但如果分布式電源接入供電充裕的地區(qū)或節(jié)點(diǎn)，則很可能導(dǎo)致原有供電容量長(zhǎng)期處于備用或閑置狀態(tài)，使原有供電設(shè)備容量造成極大地浪費(fèi)，進(jìn)而降低供電設(shè)備利用率，使供電公司原規(guī)劃方案的投資無(wú)法按期回收。

（5）國(guó)家的相應(yīng)配電網(wǎng)規(guī)劃策略可能發(fā)生變更。分布式電源類型多樣靈活，這也就引發(fā)了新的問(wèn)題，即如何保障配電網(wǎng)規(guī)劃中合理的電源結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)不同類型的電源配合。分布式電源的推廣應(yīng)用，將可能促使國(guó)家能源政策和跟進(jìn)的法律法規(guī)的制定直接參與到相關(guān)的電力系統(tǒng)規(guī)劃中。

3 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響

分布式電源主要應(yīng)用于配電網(wǎng)運(yùn)行，分布式電源的接入改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 。本文從以下幾個(gè)方面簡(jiǎn)要敘述了DG接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響。

3.1 分布式電源接入對(duì)電能質(zhì)量的影響

分布式獨(dú)立電源通過(guò)電力電子逆變器并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)給主電網(wǎng)帶來(lái)一系列問(wèn)題，這些問(wèn)題所帶來(lái)的擾動(dòng)對(duì)電能質(zhì)量造成的影響如下：

（1）分布式電源的接入會(huì)帶來(lái)大量諧波。功率變換器技術(shù)和分布式電源的互聯(lián)結(jié)構(gòu)很大程度上決定了諧波類型和影響大小。換流裝置（主要是逆變器）會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)諧波電流，故在其安裝時(shí)要適當(dāng)預(yù)測(cè)其諧波影響大小，以確定高次諧波對(duì)電壓變形作用是否符合標(biāo)準(zhǔn)。需要特別指出的是：功率相同的分布式電源安裝在不同的位置，得到的饋線沿線各節(jié)點(diǎn)的電壓有著較大的波動(dòng)，分布式電源安裝位置越接近線路末端，饋線沿線各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓畸變?cè)絿?yán)重；反之，分布式電源越接近系統(tǒng)母線，對(duì)系統(tǒng)的諧波分布影響越?。?］。

（2）電壓的跌落和閃變。當(dāng)在配電系統(tǒng)發(fā)生單相短路故障時(shí)，分布式電源的接入直接提高了電壓，對(duì)故障相電壓的跌落有著抑制作用，但是對(duì)于非故障相來(lái)說(shuō)，隨著分布式電源注入功率的增加，各節(jié)點(diǎn)電壓幅值均有不同程度的增加，并且分布式電源的容量越大，導(dǎo)致非故障相電壓超出額定電壓的情況也越嚴(yán)重［7］。分布式電源能帶來(lái)可見(jiàn)的電閃其可能是電機(jī)（如感應(yīng)電機(jī)）啟動(dòng)引起的，也可能是分布式電源輸出功率突變導(dǎo)致線路電壓變化而引起的。所以電閃的形成原因包括發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)或是輸出功率的波動(dòng)，而識(shí)別各種類型的電閃并作出相應(yīng)的解決措施在目前階段是很困難的。

3.2 分布式電源接入對(duì)電壓分布的影響

經(jīng)大量研究與實(shí)驗(yàn)表明：不同容量的分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)絡(luò)，將對(duì)饋電線路上的電壓分布帶來(lái)重要影響。影響的具體大小和分布式電源的容量大小、接入位置有著密切的關(guān)系。如果分布式電源比用戶負(fù)荷大，配網(wǎng)電壓需要調(diào)低來(lái)適應(yīng)分布式電源注入的無(wú)功所抬高的節(jié)點(diǎn)電壓。當(dāng)DG正常運(yùn)行時(shí)，分布式電源應(yīng)以較高的功率因數(shù)運(yùn)行，也就是盡可能地多發(fā)有功，少發(fā)無(wú)功。在分布式電源安裝位置處，可適當(dāng)安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，例如配電電容器。當(dāng)饋線中接有線路調(diào)壓器時(shí)，往往需要適當(dāng)調(diào)整其分接頭的位置才能達(dá)到調(diào)壓的目的；同樣滲透率的分布式發(fā)電散布在饋線上比集中在同一個(gè)位置對(duì)電壓的支撐作用大［8］。

3.3 繼電保護(hù)問(wèn)題

繼電保護(hù)的作用是：當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，供電系統(tǒng)能夠有效切除故障，使損失降到最小，其保護(hù)整定與電網(wǎng)的接線結(jié)構(gòu)有著很大的關(guān)系。DG的引入在一定程度上改變了分電源附近節(jié)點(diǎn)原有的短路狀態(tài)，它將對(duì)配網(wǎng)三段保護(hù)的精確動(dòng)作帶來(lái)不確定影響。由于分布式電源的接入，當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，其本身的助增電流或分流將使通過(guò)保護(hù)裝置的電流變化不確定，原有保護(hù)的靈敏度和范圍會(huì)發(fā)生改變。這使得各線路繼電保護(hù)的上下級(jí)整定配合變得復(fù)雜。

分布式電源接入配電網(wǎng)中還使電保護(hù)方向判斷不明確。配網(wǎng)一般是單端供電，不設(shè)方向保護(hù)元件。當(dāng)接入DG之后，配電網(wǎng)中的一部分線路轉(zhuǎn)變?yōu)殡p端電源供電，即當(dāng)分布式電源節(jié)點(diǎn)的上游線路發(fā)生故障時(shí)，分布式電源所提供的電流將從負(fù)荷側(cè)流向系統(tǒng)側(cè)。無(wú)論上、下游何處發(fā)生故障，所產(chǎn)生的故障電流都將通過(guò)保護(hù)，因?yàn)闆](méi)有方向元件判斷，只要故障電流大于保護(hù)整定值，保護(hù)便會(huì)動(dòng)作，線路即跳閘，退出運(yùn)行，繼電器的選擇性將失去。電網(wǎng)公司為了達(dá)到配網(wǎng)供電安全指標(biāo)，就要安裝方向保護(hù)元件以起到供電保護(hù)作用。

總的來(lái)說(shuō)其影響可以歸納為以下幾條：①導(dǎo)致本段線路保護(hù)靈敏度降低甚至可能拒動(dòng)；②致使本段保護(hù)誤動(dòng)，引起線路跳閘；③導(dǎo)致相鄰保護(hù)和后備保護(hù)誤動(dòng)并可能失去選擇性；④自動(dòng)重合閘可能不能重合成功。

3 .4 非正常孤島運(yùn)行問(wèn)題的出現(xiàn)

文獻(xiàn)［9］對(duì)分布式電源的三狀態(tài)模型進(jìn)行了定性定量分析，導(dǎo)出了在該模式下孤島運(yùn)行的形成概率，又對(duì)分布式電源后接入的簡(jiǎn)單配電線路的可靠性指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，但文獻(xiàn)缺乏間歇式供電的配電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的分析計(jì)算。文獻(xiàn)［10］對(duì)這種孤島模型進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，對(duì)模型和算法都進(jìn)行了簡(jiǎn)單求解并且對(duì)可靠性評(píng)估算法進(jìn)行了改進(jìn)使之更適合帶有分布式電源配網(wǎng)的評(píng)估?？偟膩?lái)說(shuō)配電網(wǎng)系統(tǒng)非正常孤島運(yùn)行時(shí)將有可能帶來(lái)以下問(wèn)題：孤島內(nèi)部的保護(hù)裝置無(wú)法協(xié)調(diào)，則與孤島相連的用戶供電質(zhì)量得不到保證，相應(yīng)地線路運(yùn)行維護(hù)人員的安全問(wèn)題也得不到保證；當(dāng)局部電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)有可能造成重合相位不一致，并由此可能帶來(lái)操作過(guò)電壓。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)對(duì)分布式電源的研究目前尚處在起步階段，但是隨著分布式電源技術(shù)的滲入，對(duì)配電網(wǎng)的影響將會(huì)更加突出，特別是對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)、電網(wǎng)安全運(yùn)行影響較為顯著。因此，我國(guó)應(yīng)盡快大力開(kāi)展針對(duì)性的科研活動(dòng)，使分布式發(fā)電并網(wǎng)有章可循，從而促進(jìn)我國(guó)分布式電源技術(shù)整體的快速發(fā)展。

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