分布式新能源发电对配电网电压影响研究

刘建伟

（国电电力发展股份有限公司，北京 100101）

0 引言

随着现代化发展不断加快，我国国民经济整体结构发生了极大的变化。传统的大电网形式已然无法满足当前人们对于电网供电的基本需求，新的发电方式应运而生。其中最为重要的一种便是分布式发电，分布式发电因其具有节能、减排等优势成为一种新的、重要的发电方式。具体分析可知，分布式发电可以有效地利用可再生能源，当前世界范围内都在积极地寻求开发新能源的方式，因而分布式发电得到了广泛的推广应用。但同样也需要注意的是，在利用分布式发电过程中，如果并未合理地进行规划，而是随意地使用分布式发电技术，势必会对配电网电压产生一定的影响。

1 分布式发电模式的基本概念及其优势简要分析

世界中的许多能源虽可以再生，但由于其再生年限较长，因此也被人们称之为不可再生能源。这些能源的过度使用将会导致世界各国出现严重的能源短缺问题，进而对其国家的科技发展以及工业生产造成极为严重的影响，甚至还有可能会对该国家的社会稳定造成严重的影响。例如，当前许多国家所使用的煤炭资源以及天然气资源等便属于不可再生能源，并且随着近几年间各个国家对该资源的广泛使用，当前许多煤矿均出现了煤炭资源短缺的现象。这一现象的出现将会对国家及城市的正常供电及正常供暖造成一定的影响，进而导致国民生活质量的下降。因此，为了避免此类问题的出现，各国需要加强对新型能源的使用。分布式发电则是利用可再生资源的重要途径，对于分布式发电的研究很大程度上有利于生态环境的改善，也能最大化地缓解能源短缺的基本问题。但就目前而言，我国虽然在分布式新能源方面的研究取得了一定的成效，同时也有诸多的成功案例予以支持，但整体上仍然存在着较多的问题，诸如分布式新能源于并网、开发等环节均存在一定的机制障碍，这也需要政府予以政策支持，有效地调整价格机制，从而在加快市场交易的同时，促进分布式新能源的快速发展应用。在了解分布式发电模式当前发展基本情况基础上，其工作人员还需要对分布式发电模式的基本概念及其特点进行了解，从而初步探讨该模式当前受到各国关注的重要因素。

分布式发电模式主要包含发电单元等几个单元。据其概念亦可知，分布式发电可以实现区域性电力的分配调节，这就有效地节省了部分用电区域的传输成本，亦可以满足不同地区的用电需求。与此同时，分布式发电系统大范围地使用新能源也有利于我国能源的长远发展，满足清洁能源根本需求。下表为常见分布式电源容量及其并网接口，见表1。

表1 常见分布式电源容量及并网接口

2 分布式发电的基本理论概述

分布式发电接入电网之后，能够起到两方面的作用，其一便是对于电能不间断质量的有效改善，其二则是促使配电网形态的转变，而这两方面的作用也会导致配电系统电压情况受到影响。对此，要想进一步深入地研究分布式新能源发电对于配电网电压影响的因素，就需要重点针对以下三方面进行深入地探讨分析，即继电保护、电能质量以及网损。以下便对此进行具体的研究。

2.1 网损

就网损的角度进行分析，首先需要认识到，初始的配电网系统本质上为辐射型网格，且表现为单向潮流形式。而在分布式发电介入之后，配电网结构发生了转变，即由最初的单向结构转变为多源供电形式。在此过程中，网损也会发生一定的变化，其既可能增加，亦可能减少，网损具体的变化情况还需要依据分布式电源位置、容量等因素进行研究，以此得到更为准确的变化结果。

2.2 继电保护

就目前而言，我国多数配电网所采用的电源结构仍为单电源，而就继电保护方面的研究可知，其主要采用三段电流保护的方式，由此可以最大化地确保电网发生故障时，继电保护相关设备可以发挥作用，从而避免事故的发生。但在分布式发电应用过程中，一旦接入了电网，就极容易导致继电保护相关装置的错误判断，更为严重的还会影响自动重合闸[1]。

2.3 电能质量

除上述几点外，电能质量同样也是影响分布式新能源发电的重要因素之一。电能质量是指发电过程中产生电子的负载量。因此，若电能质量较低将会严重影响到配电网中的整体电压以及电流，进而造成远距离输电困难等问题。通常影响电能质量的因素大致有以下几点。首先，发电机的电容、位置以及功率等因素均会对电能质量造成严重的影响。其次，风力发电以及水力发电的不确定性也会对电能质量造成严重的影响[2]。

3 分布式发电对于配电网电压影响因素研究

分布式新能源发电在接入电网之后，会对配电网电压产生一定的影响，具体的研究分析后总结出相关的影响因素，主要包括电容、位置、功率等方面的因素，以下便对此进行探讨分析。

3.1 电容及位置对于配电网电压的影响

实际上该模式并非为配电网的主要内容，但其对于配电网发电整体却有着极为重要的作用，主要表现为支持作用。在此过程中，需要注意的是，分布式发电实际应用中，其电源的数量的设置有着较为严格的要求，若电源设置过多，对于系统继电保护也会产生一定的负面影响，主要表现为运行及维护成本的增加。不仅如此，分布式发电也是在一定条件下才能成立，既要依据配电网的最小损失来具体分布电源数量，同时也需要充分考虑到安全方面的因素，尽可能地将电压维持在合理范围之内。该方面的研究便可以借助于相关的算法进行探究，更为精确地得出分布式发电电源分布位置及其具体的容量[3]。

在分布式发电系统构建过程中，其相关的位置及容量是极为重要的内容。一般地，分布式发电构建过程中，所要考虑的是如何能够更符合用户的基本要求，这就需要依照用户终端容量及有关地理位置进行考虑，结合实际情况选择更为合适的发电方式。而在电源容量选取方面，主要是使之更加符合正常运行状态下负荷量的要求，同时能够较好地处理突发情况。这就需要结合神经网络、小波分析等技术进行探究，以此更为准确地预测负荷基本模型。总体来看，分布式发电电源位置的设置所要考虑的因素较多，诸如周边环境、地理位置、实际布局等都是较为重要的内容，由此也是为了进一步改善配电系统，确保配电网电压在稳定性及灵活性方面均符合分布式发电的要求。

3.2 功率因素对于配电网电压的影响

分布式发电系统往往均具有电源容量的问题，因此其仅仅只能实现对配电网的紧急供电而无法长期使用。并且由于其电源功率较小，因此在紧急使用的过程中也有可能会出现电压、电流供应不足等问题。对此，必须借助相应的措施进行解决，其中无功补偿便是较为重要的措施，其可以有效地减少对于配电网电压的影响。具体的分析可知，无功补偿的基本措施包括以下几方面，即并联电容器组、加强网架结构等，这些措施都能够帮助实现配电网电压正常。此外，在实际的工作过程中，有关配电网动态负荷量的研究也较为重要，基于该方面的无用功功率如果发生了改变，必须做一定的无功补偿，即在接入位置防止有关的支撑设备，由此确保配电网能够正常的运行使用[4]。

4 稳态电压分布及基本实验

4.1 稳态电压分布

在研究分布式发电对配电网电压影响研究中，有必要了解配电网稳态电压分布情况，这对于本文整体研究有着很大的帮助。首先沿馈线将每一集中负荷视为一个节点，并将这类节点进行编号，最初的母线编为0，后续则依次编号为1，2，……，N。此外，线路中的每一段的电阻及对应阻抗分别用Rt、Xt表示。在此可以令该系统母线为参考节点，由此可得线电压U0=U0ej0。具体的分析可知，这一现状是为了更好地保障配电线路为吸收型的受端网络。吸收型的受端网络可以帮助配电线路进一步提升其电源容量，从而稳定电压。但为了实现其配电线路的设置，工作人员在配电线路设置过程中应取消对K节点的限制，并避免其成为末端节点。此外，在分布式电源无功出力的支持下，其对于负荷节点电压支撑也有着积极作用。为了更为有效地对同一节点在分布式发电投入运行前后电压实际变化程度进行量化，此处提出了如下定义，即采用并入分布式发电后节点电压Un＇分布式发电并入前的电压Un之间的差值与分布式发电并入前的电压Un之商所构成电压变化指标ε。相关的公式表示为ε=（Un＇-Un）＇/Un。据该指标可以清晰地了解某一节点电压手里分布式发电接入的实际影响情况，一般地，变化率指标越大，则该点出的电压受力分布式发电接入的影响也越大，同时也说明了分布式发电对于这些节点的电压支撑较大。在此过程中，线路电流调节器就必须合理调节部分接头，以适应于分布式发电的部分节点的电压太高。但一旦分布式发电系统突然退出运营，此时变化率指标最大的节点将会因为没有高电压保障，而遭遇来自于低电压严重的电力质量问题。通常的，由于电流调节器的正常工作需要一些时间操作，这将严重影响到其实际的应用效果，为有效地防止这类状况的发生，对于电流指标变动比较严重的节点也必须重新考虑，并确定能否配备快速动作的电流支撑装置。从另一方面考虑，在系统内维持电压缺额时的无功就应由电容器所供给，该情况下，分布式发电也就是退出了运行，而对应的节点电压波动也就会受到限制，但不会波动过大[5]。

4.2 基本实验简要分析

有关仿真算例的研究主要是为了更为有效地反映出不同地点及不同容量的分布式发电对于电压分布的影响，其基本实验如下分析所示。为了保障分布式电源的正常运行，其馈线中的负荷量往往会达到0.8，并且在此时该分布式电源的总电力输出大致可以达到其有功需求的40%。为了确定本次实验数据信息的真实可靠，该实验需要分为两次进行。其中在第一次试验中分布式电源将不会被接入配电网中，但为了对该分布式电源的相关数据信息进行测量，在本次试验中工作人员也需要将潮流程序进行接入，从而利用其对配电网中的电压进行测试。而在第二次实验中，工作人员可以将分布式电源接入配电网中。同时，为了保障两次实验中仅有单一变量，工作人员仍需要利用潮流程序对其电压进行测试。下图1为节点配电网。

通过对上述实验结果进行分析可以发现，首先在第一次实验中，由于分布式电源未接入配电网中，因此在配电网中的馈线末端的多个节点的电压均较低，并且部分电压甚至到达了安全电压的下限。若该电压持续降低将有可能会对配电线路的稳定及安全造成严重的影响。而在第二次实验过程中，由于工作人员将分布式电源接入至配电网络中，因此该配电网络中馈线末端的节点电压出现了较大的提升，这极大地提升了配电线路的稳定性及安全性等。具体分析可知，主要是由于某一节点的分布式发电较强，导致该点处的电压抬高较多，因而存在着峰谷变化。变化率较大的地方则主要是无功补偿以及电压支撑首先要考虑的地方。

5 结语

基于本文的分析可知，分布式发电与新能源发电模式各有利弊，在实际应用的过程中也需要将二者进行有效地结合，优势互补。总体来看，分布式新能源发电对于配电网电压的影响如果能较好地解决，势必将成为未来我国重要的发电模式。