含分布式电源的配电网电压质量优化设计研究

金阳　朱元

【摘要】：分布式电源具有灵活性高、运行损耗低、节能环保等优点。但是，大量分布式电源的接入改变了配电网的潮流方向、电压分布、短路电流大小等，从而深刻影响配电网电压调节、继电保护配置、电能质量及供电可靠性等。该文通过分布式电源对配电网结构和运行的影响分析，提出基于分层控制与能量管理的协调控制策略。通过仿真验证表明，基于分层控制与能量管理的协调控制策略能够实现微电网在并网、孤岛状态下的安全稳定运行与平稳转换。

【关键词】：分布式电源；混合算法；电压质量；不同容量

引言

随着我国新能源战略的实施，配电网侧接入的分布式电源不断增加，使得原来配电网络结构发生了改变，从而影响到现有配电网络，甚至引起一系列的安全问题。因此为了尽可能地降低DG对配电网的影响，充分发挥DG的优点，最大利用DG效益，为人类所使用，本文在前人的基础上就DG接入配电网后，对配电网的影响作简要分析。

1、分布式电源的概念及其优缺点

所谓的分布式电源，是指将发电设施直接布置在配电网附近或者是分布在负荷附近，使得发电更加高效、经济和可靠，这满足了特定用户的用电需求，也对已有配电网的经济运行进行较好的支持，所以又叫“分散式电源”。其发电的规模较小，通常在数千瓦到数十兆瓦之间。分布式电源的种类分为风能、太阳能、燃料三种。通常分布式电源的并网形式分为直接连接到电网和通过电子设备连接入电网两种形式。分布式是可以独立运行的，为范围内的用户进行独立供电；分布式电源在独立运行的同时和当地电网之间安装了自动转换装置。而分布式电源入网，与电力系统并联运行，有两种运行方式：第一，对当地电网输出电能；第二，不对当地电网输出电能，这需要根据分布式电源的实际用途而定。分布式电源的优点是：第一，对于电力公司来讲，分布式电源能够减少输电过程中的损耗，作为供电的后备电源，在扩招电网时能够减少经济投资；第二，对于用户来讲，分布式电源有巨大的经济效益，将终端用户的用电费用进行有效降低，并得到可靠性的供电，提高了电能质量，采用可再生能源进行发电，有利于环境保护。分布式电源的缺点是：分布式电源入网将会影响到系统的网损电压，降低电能质量；在电力系统进行负荷预测、规划以及运行方面都存在较大的不确定性；分布式电源并网（DG）后，会影响到供电商的售电量，降低供电商的利益，使得供电商抵触DG逆向售电策略。

2、分布式电源的配电网电压质量优化设计

2.1对配电网潮流的影响

传统的单电源辐射型馈电线路的潮流从母线流向负荷，潮流在馈线中流动产生电压损耗，节点电压逐渐降低。分布式电源接入配电网后，配电网从无源配电网络转变为有源配电网络，改变了潮流的大小和方向，从而使馈电线路的节点电压也随之改变。分布式电源接入配电网，理想的状态是分布式电源与配电网之间发生功率交换，实现功率就近平衡，多余或不足电力负荷通过并联变压器与配电线路进行功率交换，实现有功传输和无功补偿。

2.2对电流速断保护的影响

电流速断保护是基于線路的故障所产生的短路电流幅值不断增大而瞬时动作的电流保护装置。因此电流速断保护装置中的故障短路电流都是有系统主网（单侧电源）所提供，其动作的整定值Iset设定规则为（以图1所示为例）3保护装置的整定值Iset设定为不小于CD段的最小短路故障电流值，保护2的整定值Iset设定为大于等于CD段故障的最大短路电流，保护1的整定值Iset为大于等于BC段故障时的最大短路电流。若在主网系统中并入DG，如图1所示的虚线处，此时若故障K1发生在BC段，则K1处故障电流包括2部分组成，一个是主网提供短路电流I1，另一个是DG提供的短路电流I2，即Iset≤I1+I2整定值Iset不变，由于I2的存在，使得I1减小，即保护2装置所检测到的电流值I1减小，未达到保护2装置的整定值Iset而使保护2本该动作的未动作造成拒动现象。

2.3优化算法

由上文可知，分布式电源接入配电网的极限容量计算优化模型是一个具有大量安全运行条件约束的非线性规划模型，如何处理这些不等式约束是算法的关键。相关方法主要有积极约束集策略、外点罚函数法、乘子罚函数法及内点障碍函数法（又称内点法）等。积极约束集策略所需的计算量一般较大；外点罚函数法在罚因子增大时，容易造成海森矩阵条件数过大的病态；乘子罚函数法在处理的不等式约束众多时容易出现交替违反现象；近年来取得了极大进展的内点法可以避免海森矩阵的病态，计算量比积极约束集策略小，简便易行，收敛性一般较好。本文采用非线性规划原对偶内点法对模型进行求解。

2.4变电站AVC控制系统协调调节方法

变电站站端的电压无功的调节步骤上存在先后关系。首先是变电站无功补偿就地平衡，其次才是馈线首端节点的逆调压。实现无功补偿就地平衡后，考虑到补偿电容组的离散特性，无法精确实现补偿无功等于首端节点的注入无功，这种误差会直接对馈线首端节点的电压幅值大小产生显著影响。为此，本文考虑应优先进行无功就地补偿。由上可知，本文所提考虑站配协调的无功平衡优化调节方法具体包含：配电网无功补偿分区平衡优化调节方法和变电站AVC控制系统协调调节方法。如前所述，整个潮流可行解调节是在全配网分区的基础上，采取了由远到近、由下至上的调节思路，即先是由远到近地实现无功补偿分区平衡，然后再是变电站的电压无功协调调节，最后实现全配网的潮流解可行。

结语

通过上述分析可以发现，分布式电源并网，会对配电网的电压质量产生影响，威胁电力用户电器设备的安全，但可以结合分布式电源并网对配电网电压质量的影响特征，探索有效的电压质量治理措施。

【参考文献】：

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