分布式电源接入对电力系统稳定运行产生的影响研究

张志强 李鑫

摘要：在我国社会经济快速发展的背景下，电力系统的生产管理技术也在不断进步，而分布式电源接入对电力系统运行的稳定性产生了一定的影响。本文主要阐述了分布式电源的特点，分析了其在能源转型中的重要性，明确了分布式电源接入带来的功率波动、电压波动、谐波扰动等问题，并提出相应的解决方案和措施建议，以供参考。

关键词：分布式电源；电力系统；稳定性

DOI：10.12433/zgkjtz.20232838

随着能源需求的不断增长以及环境污染问题日益突显，分布式电源作为一种可持续发展能源形式变得越来越重要。与传统集中式发电方式相比，分布式电源具有分散性、灵活性和可再生等优势，在推动能源转型和提高供电质量方面发挥着重要作用。但由于接入方式与传统发电方式存在差异，分布式电源接入也带来了新的问题和挑战。目前，许多地区已开始大规模引入分布式电源，并将其纳入电力系统进行管理。因此，有必要对分布式电源接入带来的稳定性问题进行深入研究和分析。

一、分布式电源分类

（一）风力发电

风力发电是一种利用风能转化为电能的分布式电源形式，技术原理是通过风力机转动叶片产生的动能驱动发电机，进而将机械能转化为电能。具体来讲，主要特点包括：首先，风力发电不会产生二氧化碳等有害气体，不会造成空气污染和温室效应，属于可再生清洁能源。同时，风力发电依赖于风力资源，具有可再生性、持续性和广泛性。其次，风力发电系统可以根据需求进行灵活扩展，安装多个风力涡轮机组成一个大型的分布式发电网络。由于分布式风力发电系统通常是模块化设计，多个涡轮机共同工作，在并联状态下，即使某些涡轮机出现故障或影响，整个系统可以继续保持运行。最后，受天气条件、地形等因素的影响，风速存在较大的变化，导致风力发电存在功率波动较大的特点。与其他分布式能源相比，风力发电依赖风速。结合储能技术，可以储存多余的电力，确保在低风速或无风时正常使用。

（二）太阳能光伏发电

太阳能光伏发电是利用太阳光辐射直接转换成电能的分布式电源形式，主要通过光伏组件中的光敏材料吸收光子并释放相应数量的电子，从而产生直流电压。太阳能光伏发电的特点主要表现为：首先，太阳能光伏发电不排放有害气体，不产生污染，对环境友好。其次，利用太阳辐射能，太阳是取之不竭的能源，只要有日照，就可以持续发电。再次，太阳能光伏发电依赖充足的日照条件，同时季节、云量等天气因素也会影响光伏系统的发电效果。另外，光伏发电系统可以根据需求进行灵活的扩展和布置，且我国很多地区都有着丰富的光伏资源，意味着该技术可以广泛应用于人们的生产生活中。安装容量小的光伏系统可以满足单个建筑或家庭的需求，多个系统可以组成一个大型的分布式发电网络。值得一提的是，随着现代储能技术的不断发展，结合储能技术，可以储存多余的电力，满足阴天或夜间使用。

二、DG接入的拓扑结构

DG可以通过并联或串联方式与电力系统接入，其中，并联连接指将多个DG设备以平行方式与电网相连；串联连接是将多个DG设备串行连接，使其形成一个共同输出。这两种连接方式在实际应用中各具特点，需要考虑容错能力、调度灵活性以及系统韧性等因素。当多个DG并联接入电网时，需要通过协调控制器，实现各个DG之间的能量平衡和功率控制。协调控制器通常采用循环控制策略，监测各个DG输出功率情况，并根据设定值进行动态调整。同时，集群控制需要解决协议设计、通信策略、功率调度等问题，以实现整体性能的最优化。

在DG接入的拓扑结构中，微网的重要性不言而喻。微网是一种基于DG设备形成的小型电力系统，可以独立运行或与主电网互连。拓扑结构需要考虑如何高效地切换微网内部和外部供电模式，并确保能够满足用户需求、使用可再生能源等。

在电网保护方面，传统的过流保护、过载保护等仍适用于部分场景，但由于DG具有额外的功能特性（如逆变器模式），需要考虑新型保护技术。例如，要对DG的电流、电压等参数进行实时监测和快速响应，避免发生故障。需要注意的是，DG接入可能导致功率质量问题，例如，电压波动、谐波污染等。对此，可以引入先进的控制算法和滤波器减少电网中的谐波含量，并确保供电参数符合标准要求。另外，当多个DG设备同时提供供电服务时，要优化路由选择算法，确定最佳供电路径。路由选择需要考虑供电负荷、电网拓扑结构、DG设备容量等多方面因素。并且拓扑结构要考虑DG接入引起的保护问题，包括过流保护、过载保护等。此外，还要采取安全措施防止恶意攻击和未经授权操作给系统造成的威胁。

在该类技术进一步发展的背景下，智能配电网技术被认为是重要趋势。该技术主要将DG接入的拓扑结构与智能配电网相结合，实现有源配电网的监测、控制和管理。通过使用先进的传感器、远程通信和信息处理技术，可以实现对DG接入的实时监测、故障检测和优化资源分配等功能。

三、分布式电源对于电力系统稳定运行的影响分析

（一）电压分布受到的影响

电压分布是电力系统中的重要指标之一，而分布式电源的接入会对电压分布产生影响。首先，由于长距离输电线路、低传输能力设备或不合理的配网，分布式电源的接入可能导致系统中某些节点的电压超过额定范围。高电压会损害设备，增加系统故障率。对此，第一，调整系统配置和拓扑结构，优化供电路径以减少输电损耗；第二，加强分布式发电设备与配网之间的协调和通信，通过实时监测和信息反馈动态调整，稳定系统的输入和输出；第三，在关键节点安装适当的有功功率调节装置（如无功补偿装置等）控制节点处的电压水平。

其次，分布式电源也可能导致某些节点的电压过低。这一般是因为线路阻抗增加、分布式发电容量过大或分布式发电机组控制不当等原因引起的。低电压会影响用户设备的正常使用，可能导致设备损坏和能源浪费。当出现问题时，第一，应加强配网规划和设计，优化输电线路的容量和质量，提高输电效率；第二，采用先进的变压器技术，在关键节点增加自动电压调节器稳定电压水平；第三，强化分布式发电设备的管理和控制，确保连接到系统中时能适应负荷变化，并设置合理的功率。

（二）电能质量受到的影响

分布式电源的接入可能会对电能质量产生一定影响，存在非线性负载，例如，逆变器等，会将谐波引入到电力系统中，导致电网谐波扩散、电压畸变和设备故障。这些问题可能降低用电设备的性能并损害设备寿命。对此，应设计和使用滤波器抑制谐波，符合相关的国家标准。同时，优化分布式发电设备的工作方式和控制策略，减少谐波注入。通过合理规划分布式发电装置与网络之间的连接方式，采用恰当的保护装置限制谐波扩散。

除此之外，分布式电源接入可能导致电力系统中出现不平衡现象，例如，不平衡负荷、不平衡故障等，进而引发三相电压偏移、功率因数下降以及瞬态过程中电网振荡等问题。对此，可采取以下措施：第一，加强配电网的规划和设计，优化负载分布和连接方式，减少不平衡情况；第二，安装合适的无功补偿设备，改善功率因数和减轻不平衡负荷；第三，采取科学的故障保护策略和系统监测手段，及时检测并解决潜在的不平衡问题。

总的来说，电能质量对电力安全及用户体验的影响较大，要想应对分布式电源对电力系统电能质量带来的影响，应通过合理设计滤波器、优化工作方式与控制策略、加强配电网规划以及安装无功补偿设备等手段提高电能质量。

（三）谐波污染

谐波污染是指电力系统中存在的非整数倍频谐波导致的电压和电流畸变现象，而分布式电源接入可能会引起谐波污染问题。分布式电源中存在非线性负载，如逆变器等，会向电网注入含有高次谐波成分的电流，导致系统中谐波水平升高，影响正常运行，并损害设备。在解决该问题时，首先要制定适当的电网谐波限制标准，确保分布式电源接入的谐波水平在允许范围内，通过国家或地区的电网规范和标准完成。其次，安装合适的谐波滤波器抑制分布式电源产生的谐波，滤波器可以根据实际情况选择合适的类型和配置，例如，被动滤波器、主动滤波器或混合滤波器。对于采用逆变器技术的分布式电源，通过控制逆变器输出减少谐波污染。最后，加强分布式发电设备与配网之间的协调和通信，配合实时监测和信息反馈动态调整并稳定谐波水平。值得一提的是，对于大规模分布式发电系统，可以采用集中式支路串联滤波器或无功补偿装置减少谐波污染。

谐振问题是谐波污染的重要表现之一，这是因为当分布式电源接入后，由于系统参数改变，可能导致与原有设备或网络间频率相近的谐振现象产生。这种传输线上的谐振可能引发电压不稳定，甚至设备损坏。对此，要强化电力系统的谐振分析和预测能力，在系统设计和规划阶段考虑谐振问题，并采取相应的预防措施。在关键节点安装合适的补偿设备，例如，配置谐振抑制装置或线路消抖器，以此降低潜在谐振风险。

总而言之，为了应对分布式电源对电力系统谐波污染带来的影响，需要通过安装滤波器、强化协调和通信、加强谐振分析等手段减少谐波注入和降低谐振风险。

（四）继电保护器受到的影响

继电保护器在电力系统中起着重要作用，对检测和隔离故障具有关键作用，但分布式电源接入可能会对继电保护器产生影响。例如，在故障检测方面，分布式电源的接入可能改变系统的工作状态和故障特征，导致传统继电保护器无法准确地检测和判断故障，造成误动或失灵，并延长故障恢复时间。针对该问题的处置，可以针对分布式电源接入引起的故障特征变化，优化继电保护方案并调整保护参数，也可以引入智能保护设备和算法，利用高级通信和数据处理技术提高继电保护器的检测精度和鲁棒性。此外，还要及时反馈信息，确保迅速有效地识别、定位和切除故障。

分布式电源接入产生的谐波电流会引起继电保护器的误动，导致非正常断开或相关误操作，造成系统稳定性降低，甚至造成设备损坏。针对该问题，在设计继电保护方案时，应充分考虑谐波环境，并使用具有良好谐波适应能力的继电保护装置。同时，进行详尽的谐波分析和仿真研究，在设计中加入合适的滤波措施，减少谐波信号对继电保护器触发信号的干扰。在高谐波水平的电力系统运行场景中，采用数字式继电保护器，并结合软件滤波技术提高鲁棒性。

除此之外，技术性能下降也是继电保护器容易出现的问题，尤其在存在较高谐波水平下，继电保护器可能无法准确测量和计算正常工作所需参数，影响保护功能，无法有效检测故障并采取适当的保护措施。为此，在继电保护器设计和选择时，考虑其对谐波环境的适应能力，选择具有高抗干扰能力的设备。同时，进行准确的谐波分析和测量，确保继电保护器所需参数的准确性，并根据测量结果进行相应的校正和调整。此外，还要优化电网结构，减少谐波，降低对继电保护器技术性能的影响。

（五）电力系统线路损耗受到的影响

分布式电源的接入可能会对电力系统线路损耗产生影响，这是因为分布式电源的接入增加了电力系统中的供电路径，增加了额外线路损耗。这是由于分布式发电设备与主要负载之间需要一定距离输送能量，而输电线路具有固定的传输损耗。为此，需要合理规划和优化配网结构，减少供电路径长度和线路阻抗，降低额外线路损耗，优化输电线路材料和设计参数，提高传输效率并减少送电过程中的能量损耗。同时，在相关领域内大力推广使用更高效、低阻抗的变压器和导线等设备。

除了供电方面的损耗，内部损耗也值得引起足够重视。分布式发电设备所连接到网络上会引入自身内部功率转换过程中产生的损耗。这些内部损耗可能不仅包括逆变器转换过程中产生的热损耗，还有其他组件或元件引起的能量消耗。为有效规避该问题，要选择高效的分布式发电设备，例如，高转换效率的逆变器和组件，以减少内部功耗。实时监测和管理分布式电源系统的运行状况，及时发现并解决内部故障或低效问题。此外，在电力系统运行和更新优化的过程中，合理设计和装配相关设备，避免不必要的连接线路或元件。

四、结语

综上所述，在节能降耗、技术升级成为电力生产管理领域备受关注的重点的背景下，分布式电源接入电力系统成为大势所趋。受到应用环境、技术差异等因素的影响，分布式电源接入对电力系统的稳定性及安全性会产生一定程度的影响。为此，应针对电压分布、电能质量、谐波污染、继电保护、线路损耗等方面，采取合理的方式，通过电力设计、技术优化，结合对系统的全面监测，有效保证电力系统的运行稳定性，助力社会稳定发展。

参考文献：

[1]吴琛，刘晨曦，黄伟，等.提升新能源电力系统稳定性的

构网型变流器选址定容方法[J].电力系统自动化，2023，

47（12）：130-136.

[2]李鹏，董鑫剑，孟庆伟，等.基于Fisher Score特征选择

的电力系统暂态稳定评估方法[J].电力自动化设备，2023，

43（07）：117-123.

[3]李宝琴，吴俊勇，李栌苏，等.基于主动迁移学习的电力

系统暂态稳定自适应评估[J].电力系统自动化，2023，47

（04）：121-132.

[4]邵非凡，徐敬友，程波，等.分布式光伏电源接入智能电网的最大允许接入峰值容量估算分析[J].集成电路应用，2023，40（03）：372-373.