分布式发电接入对配电网的影响

　　摘要：以清洁能源为原料的分布式发电（DistributedGeneration，DG）在配电网中得到越来越多的应用，这种电源不仅能节约的一次能源，带来巨大的环境效益，同时也具有灵活的运行方式，能提高用户的用电可靠性。DG接入配电网虽然具有众多的优点，但是作为新兴的电力技术及应用方式，也带来诸多的负面影响。文章探讨了DG对配电网的继电保护、自动装置、电力规划、电能质量及需求侧管理等各个方面的影响。最后总结，通过提高DG的应用技术以及智能电网的实现，大大降低DG对配电网带来的负面影响。
　　关键词:DG；配电网；影响；电力规划；需求侧管理
　　
　　1引言
　　分布式发电（DistributedGeneration，DG）指的是发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。分布式电源主要包括：以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电（光伏电池、光热发电）、风力发电、生物质能发电等。目前分布式电源在减轻环境污染、降低终端用户的费用等方面有一定的优势，同时又具有高效性和灵活性的特点以及满足能源可持续发展的要求。因此随着DG的技术性能不断改善，成本进一步降低，其在电力系统所占的比重将逐步增长。虽然DG与常规电力系统并网运行的趋势越来越明显，但是DG对电力系统运行、控制、保护、规划等方面会产生一定影响[1]。
　　2DG对配电网的影响
　　作为一项新兴的技术，DG在传统电网中的应用还存在一些问题。这些问题主要表现在对传统配电网保护的配合、潮流分布、电压无功调整以及自动装置的动作、电力系统规划等产生影响。
　　2.1DG对保护的影响
　　国内外针对DG接入电网对传统保护影响做了大量的研究，文献[2]对使用电力电子接口装置并网的DG提供短路电流的能力进行了仿真分析，该文认为使用电力电子接口的DG，在系统故障时提供的短路电流不大，主要是因为电力电子接口装置的控制系统反应迅速，能快速调节输出电流。文献[3]分析了DG的引入对继电保护的影响，讨论了DG导致本线路保护灵敏性降低和误动、相邻线路的速断保护误动失去选择性等问题。文献[4]分析了DG对配电网相间短路保护的影响。文献[5]分析了在不同DG容量情况下，线路上不同节点发生故障时故障电流的变化，以及在不同短路水平情况下，原有的继电保护的动作性能。
　　图1给出了典型的含DG的配电网络。在没有分布式电源接入的情况下，如果在F1、F2、F3点发生故障，分别可以由开关1、开关2、开关3处的保护切除故障。分布式电源接入后，如果上述三处发生故障，继电保护的动作会受到影响：
　　(1)F1处故障
　　当F1处发生故障时，开关1处的电流不受DG的影响，保护装置能正确动作。但是由于故障点没有被隔离，DG依然向故障点提供故障电流，线路重合不成功，开关1再次断开。DG由于故障的存在无法继续供电。
　　(2)F2处故障
　　当F2处发生故障时，DG提供的短路电流流过开关1，如果故障电流大于其过流保护定值，保护会误动作。文献[6]通过计算故障时的正、负序电流与故障前电流的相角差，区分故障点的方位。这样可以避免反方向故障（如图1中的F2处故障）时，相邻线路保护的误动作。
　　(3)F3处故障
　　当F3处发生故障时，DG的存在使流过开关3处的电流增加、流过开关1处的电流减少，因此开关1处的保护灵敏性会降低[4]。
　　
　　2.2DG对重合闸的影响
　　DG接入配电网后，单电源的配电网变成了多电源网路，配电网中任一处故障，都有多处电源提供短路电流。传统的保护配置只能切断变电站出线开关，无法隔离故障点（如图1中的F1处故障）。重合闸动作时会存在如下问题：(1)非同期重合，或者不满足重合条件，重合闸无法出口；(2)故障依旧存在，重合不成功，线路无法恢复供电。
　　文献[3][7]讨论了在含有分布式电源的配电网中，重合器与分段器及重合器与熔断器配合存在的问题。当相邻线路故障时，如果反向故障电流大于重合器的启动电流，重合器可能发生误动作。另外，分布式电源的存在可能导致重合器与分段器、重合器与熔断器之间无法配合。
　　2.3DG对配电网接地选线的影响
　　传统的辐射状10kV配电网为了提高供电可靠性，基本采用小电流接地方式，当线路发生单相故障时，系统线电压仍然对称，不影响对用户供电。在深圳地区配电网采用两种接地方式，一种是在变电站10kV母线安装消弧装置。当线路发生单相接地时，消弧线圈提供的感性电流平衡非故障相的容性电流，从而可以减少流过故障点的电流，使故障点自然熄弧。另一种是采用小电阻接地方式，当线路发生单相接地故障时，零序电流较大，可以通过零序保护切除故障线路。
　　DG接入配电网后，配电网中将存在两个或多个电源，DG并网变压器的接线方式对现有系统的运行产生影响。在[8][9]中讨论了四种接地方式。方案1、2没有提供接地点，不会改变原来的零序网络，因此原有单相接地选线装置的动作不会受到DG接入的影响，但是，这两种方案在中性点经小电阻接地的配电系统使用，可能会产生过电压等问题[10]。方案3中，变压器的一二次都是星形接地，线路故障时对零序电流没有隔离作用，一般很少采用。方案4中的接线方式能隔离零序电流，也不会产生过电压的问题，但是线路侧中性点接地改变了配电网零序网络的分布，当线路发生单相接地故障时，该接地点会对接地电流分流，影响对故障线路的选线。
　　
　　2.4DG对电力系统规划的影响
　　DG的出现给传统的电力系统规划带来实质性的挑战，在电网规划的过程中必须考虑DG给规划带来的影响，其影响主要包括以下几个方面：
　　首先DG的接入使得负荷预测具有更多的不确定性。分布式电源的接入抵消了部分负荷增长，电力系统负荷的实际增长情况变得不可确定，从而给电力系统的后续规划增加了难度[1]。因此，在规划过程中，必须充分考虑分布式电源对配电网负荷增长的影响，做到精确的预测负荷。
　　其次不同DG的类型受环境影响较大，需在规划过程中认真选择。清洁能源的发电量受到自然条件的限制，其发电输送的电能波动性较大，对电网也产生了很大的影响。因此，在规划过程中需结合当地电网的发展特点及本地的自然资源，合理选取分布式电源的类型。
　　然后在规划过程中需合理DG的安装容量及接入点。分布式电源接入配电网以后，对电网损耗会产生较大的影响，合理安排分布式电源可以减少网络损耗，提高电能质量。除此以外，分布式电源的容量与接入配电网的位置也会影响电力系统保护的动作行为。文献[11]认为当电源容量超过一定值后，会使上下游的保护失去配合，而在此容量以下，分布式电源对反时限过电流保护影响很小，传统的保护可以继续使用。文献[12]讨论了分布式电源在不同位置接入对电网的静态电压稳定影响的不同，作者认为采用无励磁调节的同步发电机接口及具有功率控制单元的变换器作为接口的分布式电源，越靠近系统的最薄弱支路则越有利于改善系统的电压稳定性。因此在规划过程中，只有合理利用当地自然条件，选择适当的分布电源的容量和安装位置，才能发挥出分布式电源的优势。
　　2.5DG对电能质量的影响
　　DG具有灵活的运行方式，它既能并网运行，又能脱网独立运行，以微网形式出现的DG在孤岛运行方式时，可以有一定的负载能以，这样它提高了用户的供电可靠性，但是它又会对用户的电能质量产生了负面影响。[13][14]讨论了DG会产生电压不平衡、谐波及电压闪络等问题。DG对电能质量的影响与诸多因素有关，这些包括：
　　(1)DG的类型；
　　(2)DG与电网的接口类型；
　　(3)DG单机容量及其运行模式；
　　(4)DG相对系统的容量；
　　(5)DG相对微网内负荷的容量；
　　DG主要分为两种类型。一类是旋转的，这类DG又可分为同步电机和异步电机，直接并网的同步电机对用户电能质量的影响较小，异步电机以感应电机为代表，这种电机在运行过程中需要吸收系统无功进行励磁，因此这种DG在运行时对用户侧的电压水平影响较大；另一类是静止的，如超级电容、燃料电池等，由于这类电源产生的是直流电压，因此在与交流电网并网时需要使用电力电子接口，电力电子接口设备在运行时会产生大量的谐波，污染了配电网。DG对电能质量的影响跟其容量是密不可分的，尤其在孤岛运行方式下，孤岛范围内的负荷与大电网脱离了联系，有功、无功平衡只在微网内实现，DG的备用容量大小决定了微网抗扰动的能力。
　　2.6DG对需求侧管理的影响
　　负荷管理是传统的需求侧管理的重要技术手段，DG的接入给需求侧管理带来新的问题，主要包括以下：
　　(1)加大了对用户实际电力需求预测的难度
　　用户侧的DG一方面可以负担自身部分或者全部的负荷，另一方面在自身负荷降低的情况下可以输入到电网，这样供电公司无法准确预测用户的实际电力需求，传统固定的负荷调整策略受到了挑战。
　　(2)影响了实时电价等管理措施的实效性
　　实时电价措施可以实现移峰填谷，提高电网设备的使用效率，但是用户通过组织DG的运行可以抵消实时电价的实效性。
　　(3)使需求侧管理更加复杂化
　　以太阳发电、风力发电等清洁能源利用为代表的DG，它们的电能输出受自然条件因素影响较大，准确预测这类DG出力存在较大的困难；另外，DG的运行方式也受到其它诸多因素的制约。因此，对于DG削减系统的负荷能力存在很大的未知性，这样给需求侧管理带来不确定的因素。
　　3结论
　　DG接入配电网在提高用户供电可靠性的同时也带来诸多的问题，了解DG对传统配电网保护、自动装置的影响，以便制定相应的应对措施，减少DG带来的负面影响。DG对电力规划带来的负面影响可以通过合理的负荷计算来削弱，含DG的配电网规划应当计及DG对配电网内负荷增长的削减作用，这种作用还要考虑DG的运行模式以及制约因素。
　　DG的接入对电能质量也有一定得负面影响，这些影响跟DG的容量、接口方式等因素有关，使用电力电子接口的DG可以通过采取先进的控制方式，降低输出电能的谐波含量，对于感应电机类型的DG，在机端设置无功补偿装置，通过动态补偿，减少DG从网络吸收无功，从而使DG对配电网电压的影响降低到最小。
　　智能电网的实现，使得用户与电力公司的互动更加灵活。即使DG大量接入配电网，通过智能电网强大的通讯能力，电力公司也能实时了解用户电力需求，这样会让需求侧管理更加方便。
　　
　　参考文献:
　　[1]王敏、丁明，含分布式电源的配电系统规划，电力系统及其自动化学报，第l6卷第6期，2004年12月：5-8
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　　[3]黄伟等，分布式电源对配电网相间短路保护的影响，电力系统自动化，第32卷，第1期，2008.1:93-97.
　　[4]朱玲玲等，含分布式电源的配电网方向过流保护，电网技术，第33卷，第14期，2009.07:94-98.
　　[5]吴蕾，分布式电源对配电网保护的影响及对策，华北电力大学硕士论文，2008.
　　[6]李洪卫等，分布式发电对配电网接地保护的影响，广东电力，第22卷，第5期，2009年5月:48-52.
　　[7]张昊等，分布式电源并网运行接地方案的研究，沈阳工程学院学报(自然科学版)，第2卷，第3期，2O06年7月:198-202.
　　[8]华丽丹等，DG容量在分布式发电中对数字保护影响的研究，中国电力，第41卷，第3期，2008.03：13-16.
　　[9]陈海焱，分布式发电对配网静态电压稳定性的影响，电网技术，第30卷第19期，2006年10月：27-29.

《分布式发电接入对配电网的影响》

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