分布式供电电源对电力系统的影响

温 鹏郭 琳

1.2.内蒙古新闻出版广电局839台 内蒙古 呼和浩特市 010050

随着我国城镇化水平不断提高和工业的快速发展，对电能的使用要求越来越高。但是不可再生资源的数量是有限的，同时由于煤炭等能源排放增多，许多有害物质进入到空气中，加剧了空气污染。现阶段，投资省、损耗低、干净高效、灵活多变的新型供电方式即分布式供电更加被人们接受。分布式供电的接入的位置和容量大小会对配电网络造成馈线上节点电压分布的改变，了解分布式电源对配电系统的影响，能够优先帮助充分考虑其对配电系统的负面影响并加以规避。

1 分布式供电电源的分类概述

不同类型DG电源适应于不同场景和不同类型的DG选址定容工作，并产生不同的影响。受自然环境与自然条件的限制，不同地区在进行分布式电源选址定容时，会结合该地区配电网特点选择不同种类的分布式电源，例如在负荷波动较大区域，会选择储能电池。在低谷时充电，高峰时放电，能够平抑负荷。在郊区配电网，可以选择生物质发电作为分布式供电电源，因为有较为充足的生物质资源。若考虑燃料资源问题，应该更偏向于燃料集中的地方。所以选择不同的分布式电源会对最终的选择产生较大影响。

1.1 光伏发电

光伏发电是利用光伏电池板将太阳能直接转化为电能的装置。光伏电池板利用半导体元件特有的电子学特性，达到光电转化的目的。太阳能光伏电源所产生的电能可以满足用户照明和生活供电的需要，在一些发达国家，这种清洁无污染的发电方式还可以与区域电网并网以弥补不足。

太阳能电池的生产主要采用了一些可以产生光伏效应的物质，如单晶硅、多晶硅等。在一块完整的硅片上，通过采用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，我们称两种半导体的交界面附近的区域为PN结，如图1所示。

太阳能电池表面受到光的照射后，一些光子被硅原料吸收后将转移到硅原子上，引起电子跃迁，其在P-N结两边集中后产生了电位差，所以一旦外部电路接通，其内部则会在电位差的作用下形成电流，通过外电路产生输出功率。

图1 晶体硅发电过程

1.2 风力发电

风力发电作为一种已经得到大范围应用推广的发电方式，近年来依旧发展迅速。风力发电的基本原理是通过风带动风机叶片旋转，运用变速箱改变转速以匹配发电机，达到驱使发电机发电的效果。这个过程能够把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电能进而完成发电过程。

1.3 生物质能发电

生物质能发电作为一种可持续的新型能源发电方式，主要使用生物质产生的能量来发电。生物质能发电有燃烧发电、混合发电、气化发电、沼气发电、垃圾发电等形式。

1.4 燃料电池

与生物质能发电相比，燃料电池发电效率更高，且对燃料适应性强、清洁无污染，发展前景十分广阔。燃料电池的发电原理是将不间断供应的燃料释放出的化学能不经任何处理转化为电能。不同类别的燃料电池一般根据其中电解质的不同来区分。当前应用最广泛的燃料电池主要有固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸型燃料电池和质子交换膜燃料电池四种类型。

2 分布式供电电源对配电网运行的影响

随着电力市场的进一步开放，以及分布式发电成本的逐年降低，分布式电源在电力系统中占据的份额逐年递增。在配电网中不同节点接入不同容量的分布式电源会对系统产生不同的影响。例如某节点接入DG会抬高附近节点的电压，会在附近线路上产生逆向电量。同时根据不同节点对可靠性的要求，需要在重要节点接入具有黑启动能力的DG电源，在必要的时候转入孤岛模式。

2.1 分布式电源对电力系统可靠性的影响

分布式电源接入配电网，对系统的安全和可靠性带来的影响既有正面又有负面。将DG作为电源接入系统之后，能够在一定程度上消除线路上的过负荷和堵塞，提高电网的输电裕度。通过对分布式电源进行适当的布置和电压调节后能够对系统电压起到支持作用，在一定程度上改善网络电压水平。系统接入DG之后，对电力网络的稳定性会产生较大冲击。假如DG没有低电压穿越能力，电力网络出现故障时一般需要切除此DG，因为当其所接的线路出现故障重合后，DG不仅起不到电压支持的效果，相反地还会加重电压跌落。更严重的，一旦分布式电源发生故障时不能在规定时限内跳闸，非同期重合会使继保装置误动作、损坏设备，如果线路不能在最短时间内恢复供电，用户的损失将更加严重。

2.2 分布式电源对系统电能质量的影响

在接入配电网后，分布式电源输出的波动会引起配电网各种电能质量的波动，进而影响系统的电能质量。其影响主要表现在以下两个方面。

2.2.1 对电压的影响

分布式电源主要安装于配网中，安装后配网由仅有一个电源的放射状系统转化成了含有多个电源的系统，电流的大小和方向必然产生很大变化，由此带来的潮流分布变化，会对配电系统的稳态电压产生难以预料的改变。原定的调压方案不一定能满足接入分布式电源后新的需要，因此有必要重新评估分布式电源对电力系统电压的影响。DG并网后对配电系统电压的影响非常大，主要表现为以下几方面：

（1）接入后，会对配电网线路上的电压分布产生重大影响，影响较大的因素包括分布式电源的容量大小、接入位置等。

（2）相同渗透率的DG布置在数个不同的节点上与都安装在同一个节点上相比对电压的支持效果更强。

（3）稳态电压下，由于馈线上的输送功率减小且无功功率对输出起到了支持作用，所以促使沿馈线的每个负荷节点上的电压被抬高。其中电压波动问题尤为严重，在传统配电网络中，系统电压波动随着时间的推移产生有功和无功负荷。沿线路末端方向，电压的波动越来越大。如果负荷在线路末端较为集中，电压的波动将会更加严重。DG并网后，有两个因素会造成系统电压的波动，一是与DG协调运行的本地负荷若发生变化，此时分布式电源能够抑制系统电压的波动；二是DG无法与本地负荷协调运行时，比如风力发电，因为风力发电的有功输出主要受风速的影响，容易产生波动，难以与当地负荷协调运行，并使网络电压波动增强。

2.2.2 谐波问题

分布式电源接入系统后，带来的另一个较为严重的问题就是谐波问题。产生的原因有两种，一是分布式电源自身就是一个谐波源；二是分布式电源中用了大量的电力电子设备，以风机为例，风力发电机组中的发电机自身会产生一定量的谐波，但是其所生成的谐波影响不大，可以忽略。

3 配电网分布式电源选址定容的要求

分布式电源的出现使得配电网规划有了更加丰富的选择，也对设计人员提出了更高的要求。随着分布式电源的增加，在电力系统负荷预测，发电量的调整方面有了新的困难，增加了电力系统的不确定性。规划问题的动态属性非常复杂，同其与维数密切相联。由于分布式电源的种类比较多，所以在对分布式电源进行安装时，知道如何选取最合适的电源类型以及如何对其进行合理的调配非常重要。

结 语

本文第一部分先对当前应用较为普遍的几类DG形式作了概述。之后详细阐述了DG入网后对电网的电压水平、安全稳定性、电能质量等要素产生的影响。在此基础上分析了DG对配网规划问题的影响与要求。由此可见，不同类型DG电源适应于不同场景和不同类型的DG选址定容工作，并且不同类型的分布式供电电源对选址定容工作会产生不同的影响，选择时应根据自然环境与自然条件及不同类型分布式供电电源特点合理计算。