浅析分布式电源接入对配电网的影响

刘 锐，刘 敏，辜俊明

（贵州大学，贵州 贵阳 550003）

0 引言

近年来，分布式电源技术以发电形式灵活、所用原料广泛、环境污染小的优点，得到了很快的发展。随着工商业供电可靠性要求的不断提高和电力技术的不断发展，分布式电源将会成为配电网中的一支重要力量。从目前来看，分布式电源主要接入对象是配电网领域，其接入使得电力系统变得更加高效灵活。它的接入直接改变了配电网的结构，由辐射性网络过渡到分布的点状电源直接和用户负荷相连的网络，当大规模接入时，无疑将对配电网产生很大影响。

1 分布式电源

1.1 分布式电源

分布式电源（DG，distributed generation）是指分布在配电网中的功率为10 k W～30 MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。分布式电源具有调峰、利用再生能源、节省输变电投资、降低网损和提高供电可靠性等优点［1］。一般看来，分布式电源的发电形式包括小型风力发电、小型热电联产、风力水力蓄电和太阳能光伏发电等。应强调的是其中小型风电和光电非常适合接入楼宇、社区，这也是未来智能电网的一个发展方向。

1.2 分布式电源接入配电网

低压配电网连接的典型结构类型有单电源辐射式接线、树枝式接线和环网式接线等，用户根据供电可靠性划分选择接线方式，在我国低压配电网建设中以单相辐射状链式结构为主。

当分布式电源接入配电网中运行时有以下优势：①系统中各电源点相互独立，电气上的结构连接不是非常紧密，用电客户可以根据所需自行调整，发生大规模完全停电事故的概率非常低，所以供电可靠性比较高；②用户可对自己区域电能质量和可靠性自行监控，非常适合向办公楼、偏远山区、社区居民楼供电；③分布式电源输配电过程中引起的损耗非常小，可以节约很大部分电量，同时安装维修成本也较低；④具有调峰作用，分布式发电一般接入负荷中心，能够减小各终端变电站母线的等值负荷，从而缓解对电力系统功率传输的需求［2］。

2 分布式电源接入对配网规划的影响

分布式电源逐步接入配电网可以说是以后智能电网发展的必然趋势。在少数情况下偏远地区只有分布式电源供电，大多数情况下用户希望既可以由当地配网供电也可以由分布式独立电源供电，使供电的灵活性和可靠性大幅度提高。但是分布式电源点状大量接入使配电网结构变得更加复杂，进而带来配电规划的新问题。传统的规划方法目前还没有充足的能力解决包括分布式电源在内的规划问题，这主要是因为传统的规划方法都不同程度地将规划问题进行了简化，对于规划中客观存在的难以定量表达的不确定性因素缺乏较好的处理方法［3］。可以预见的是，分布式电源的不定量接入对于配电网规划将有下列影响：

（1）分布式电源的大规模接入将增加电力系统的负荷预测难度。一般来讲配网规划往往是假设所供负荷的增长是稳定和平均的，而分布式电源的突然加入会使配网规划人员无法准确有效地预测负荷增长，继而无法进行规划。由于配电网建设占电力系统投资建设的很大一部分，因此分布式电源的接入可有效推迟原有电网的扩建进度，并可大量减少电网改造升级的投资。因为分布式电源距离负荷较近，其可降低不必要的线损。但是如果装机地点和容量不能合理配置，将会出现循环功率，反而引起电能损耗的增加。为使配电规划达到最优效果，规划人员必须提前对分布式电源可能给配网造成的影响做出较准确的评估，以保证分布式电源的逐步渗透不会对原有负荷造成冲击。

（2）使配网线路布置困难增加。传统配电网规划的年限一般为5年～20年，且用户负荷增长比较平均，线路铺建也比较稳定。由于规划问题的动态属性同其维数相关联（通常需要同时考虑几千个节点），若再出现许多发电机节点，将会使得在所有可能的网络结构中寻找到最优的网络布置方案（即可以使建造成本、维护成本和电能损耗最小的方案）更加困难［4］。

（3）增加了电网公司的运营管理难度。独立安装分布式电源的小型用户，一般希望两路供电，即在保证小型分布式电源接入的同时也有电网公司提供的电能可以使用。但是这与想维持系统接入前电能质量和可靠性水平不变的电网公司的初衷是相悖的。当大量点状独立电源进入配电系统之后，系统的拓扑结构发生改变，其单相电源的馈电潮流特性随之改变，所以需增加相应的电力电子设备以确保配电网的安全与稳定，这又增加了其基础运营成本。

（4）对原有供电设备容量造成浪费。分布式电源接入配电网可以有效减少配电网投资，但如果分布式电源接入供电充裕的地区或节点，则很可能导致原有供电容量长期处于备用或闲置状态，使原有供电设备容量造成极大地浪费，进而降低供电设备利用率，使供电公司原规划方案的投资无法按期回收。

（5）国家的相应配电网规划策略可能发生变更。分布式电源类型多样灵活，这也就引发了新的问题，即如何保障配电网规划中合理的电源结构及协调不同类型的电源配合。分布式电源的推广应用，将可能促使国家能源政策和跟进的法律法规的制定直接参与到相关的电力系统规划中。

3 分布式电源对配电网运行的影响

分布式电源主要应用于配电网运行，分布式电源的接入改变了传统配电网的网架结构 。本文从以下几个方面简要叙述了DG接入对配电网运行的影响。

3.1 分布式电源接入对电能质量的影响

分布式独立电源通过电力电子逆变器并网运行会给主电网带来一系列问题，这些问题所带来的扰动对电能质量造成的影响如下：

（1）分布式电源的接入会带来大量谐波。功率变换器技术和分布式电源的互联结构很大程度上决定了谐波类型和影响大小。换流装置（主要是逆变器）会给电力系统带来谐波电流，故在其安装时要适当预测其谐波影响大小，以确定高次谐波对电压变形作用是否符合标准。需要特别指出的是：功率相同的分布式电源安装在不同的位置，得到的馈线沿线各节点的电压有着较大的波动，分布式电源安装位置越接近线路末端，馈线沿线各负荷节点的电压畸变越严重；反之，分布式电源越接近系统母线，对系统的谐波分布影响越小［6］。

（2）电压的跌落和闪变。当在配电系统发生单相短路故障时，分布式电源的接入直接提高了电压，对故障相电压的跌落有着抑制作用，但是对于非故障相来说，随着分布式电源注入功率的增加，各节点电压幅值均有不同程度的增加，并且分布式电源的容量越大，导致非故障相电压超出额定电压的情况也越严重［7］。分布式电源能带来可见的电闪其可能是电机（如感应电机）启动引起的，也可能是分布式电源输出功率突变导致线路电压变化而引起的。所以电闪的形成原因包括发电机的启动、制动或是输出功率的波动，而识别各种类型的电闪并作出相应的解决措施在目前阶段是很困难的。

3.2 分布式电源接入对电压分布的影响

经大量研究与实验表明：不同容量的分布式发电接入配电网络，将对馈电线路上的电压分布带来重要影响。影响的具体大小和分布式电源的容量大小、接入位置有着密切的关系。如果分布式电源比用户负荷大，配网电压需要调低来适应分布式电源注入的无功所抬高的节点电压。当DG正常运行时，分布式电源应以较高的功率因数运行，也就是尽可能地多发有功，少发无功。在分布式电源安装位置处，可适当安装无功补偿设备，例如配电电容器。当馈线中接有线路调压器时，往往需要适当调整其分接头的位置才能达到调压的目的；同样渗透率的分布式发电散布在馈线上比集中在同一个位置对电压的支撑作用大［8］。

3.3 继电保护问题

继电保护的作用是：当线路发生故障时，供电系统能够有效切除故障，使损失降到最小，其保护整定与电网的接线结构有着很大的关系。DG的引入在一定程度上改变了分电源附近节点原有的短路状态，它将对配网三段保护的精确动作带来不确定影响。由于分布式电源的接入，当配网发生故障时，其本身的助增电流或分流将使通过保护装置的电流变化不确定，原有保护的灵敏度和范围会发生改变。这使得各线路继电保护的上下级整定配合变得复杂。

分布式电源接入配电网中还使电保护方向判断不明确。配网一般是单端供电，不设方向保护元件。当接入DG之后，配电网中的一部分线路转变为双端电源供电，即当分布式电源节点的上游线路发生故障时，分布式电源所提供的电流将从负荷侧流向系统侧。无论上、下游何处发生故障，所产生的故障电流都将通过保护，因为没有方向元件判断，只要故障电流大于保护整定值，保护便会动作，线路即跳闸，退出运行，继电器的选择性将失去。电网公司为了达到配网供电安全指标，就要安装方向保护元件以起到供电保护作用。

总的来说其影响可以归纳为以下几条：①导致本段线路保护灵敏度降低甚至可能拒动；②致使本段保护误动，引起线路跳闸；③导致相邻保护和后备保护误动并可能失去选择性；④自动重合闸可能不能重合成功。

3 .4 非正常孤岛运行问题的出现

文献［9］对分布式电源的三状态模型进行了定性定量分析，导出了在该模式下孤岛运行的形成概率，又对分布式电源后接入的简单配电线路的可靠性指标进行了计算，但文献缺乏间歇式供电的配电网运行指标的分析计算。文献［10］对这种孤岛模型进行了系统的分析，对模型和算法都进行了简单求解并且对可靠性评估算法进行了改进使之更适合带有分布式电源配网的评估。总的来说配电网系统非正常孤岛运行时将有可能带来以下问题：孤岛内部的保护装置无法协调，则与孤岛相连的用户供电质量得不到保证，相应地线路运行维护人员的安全问题也得不到保证；当局部电网恢复供电时有可能造成重合相位不一致，并由此可能带来操作过电压。

4 结语

我国对分布式电源的研究目前尚处在起步阶段，但是随着分布式电源技术的渗入，对配电网的影响将会更加突出，特别是对电网规划和设计、电网安全运行影响较为显著。因此，我国应尽快大力开展针对性的科研活动，使分布式发电并网有章可循，从而促进我国分布式电源技术整体的快速发展。

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［5］ 梁才浩，段献忠.分布式发电及其对电力系统的影响［J］.电力系统自动化，2001，25（12）：53－56.

［6］ 江南，龚建荣，甘德强.考虑谐波影响的分布式电源准入功率计算［J］.电力系统自动化，2007，31（3）：19－22.

［7］ 裴玮，盛鹍，孔力，等.分布式电源对配网供电电压质量的影响与改善［J］.中国电机工程学报，2008，28（13）：152－157.

［8］ 王志群，朱守真，周双喜，等.分布式发电对配电网电压分布的影响［J］.电力系统自动化，2004，28（16）：56－60.

［9］ 贺先强，丁坚勇，陈丹.计及分布式发电影响的配电网可靠性评估［J］.电气应用，2008，27（3）：60－64.

［10］ 刘传铨，张焰.计及分布式电源的配电网供电可靠性［J］.电力系统自动化，2007，31（22）：46－49.