分布式可再生能源接入对配电网的影响分析

分布式可再生能源在全球范围内引起人们越来越多的关注。为了满足我国经济高速发展以及节能环保的需要，基于现有电源和电网的条件，大力推进分布式可再生能源的发展将成为我国电力系统发展的必然趋势。针对分布式可再生能源具有的污染少、损耗低、可靠性高、能源利用率高等技术特点，分别从网络损耗和线路潮流、运行可靠性、电能质量、配电网规划四个方面阐述了其对配电网带来的影响。

当前，电力系统朝着大电网、高电压、交直流互联的方向发展。[1]随着分布式可再生能源大量分散接入配电网后，单向辐射式的配电网转变为分布密集并与用户互联的网络，因此电网潮流将不再自变电站母线单向送出，而是随着时间出现双向流动的特征，从而改变了传统电力系统的运行模式，并由此产生诸多新的研究对象和领域。[2，3]必须针对含有分布式电源(简称DG)的电网规划与运行方式、继电保护、安全稳定性、对调度控制中心的影响等一系列问题进行深入的研究。

为了促进电力生产的节能减排，目前DG多数采用可再生能源，诸如风力发电、光伏发电、生物质能发电等等，而各种可再生能源发电的连续性、可预测性和可控性都比较差，为电网运行带来诸多不利的影响[3]，通常涉及到网络功率损耗、配电线路潮流、配电网运行可靠性、电能质量乃至配网规划各个领域。

一、对网络损耗和线路潮流的影响

随着DG在配电网中的接入，配电网的功率损耗不仅与负荷水平有关，同时还受到与系统相连的DG的位置分布、出力大小以及配电系统拓扑结构等的影响。[4，5]随着DG的大量接入导致电网中各线路的潮流时空变化特性复杂，这将引起配电网有功网损产生许多变化：

(1)系统中DG的出力只能部分满足其相邻节点处的有功负荷，那么将使配电网中所有线路的损耗减小。

(2)系统中DG的出力可以满足部分相邻节点处的有功负荷，但DG总出力仍然小于系统的总有功负荷，那么DG的接入可能导致配电网局部有功损耗增加，但配电网总有功损耗将减小。

(3)当配电网中的总负荷量低于DG的输出总量时，配电网的损耗将大幅度增加。

由此可见，随着DG的广泛接入，配电网的损耗可增大亦可减小，这与DG接入的地理位置、用电负荷的大小乃至网络的拓扑结构是密切相关的。

二、对配网运行可靠性的影响

随着分布式可再生能源接入配电网，电力系统的安全和可靠性可能往好的方面发展，也可能趋于恶化，这需视具体情况而定。

若将DG以备用电源的角色接入配电网，那么在一定程度上可以减轻电网过负荷的程度，从而有效提高电网的输电裕度。如果DG的布置合理以及电压调节有效得力，DG将对支撑系统电压稳定起到显着作用，使系统电压更稳定可控;若DG还具备低电压穿越能力，在电网发生故障时仍能不间断运行，并且加大力度向电网输送无功，电压骤降得到有效遏制，显着提升系统对电压的调节支撑性能。

随着DG广泛接入配电网，也有可能使系统的安全可靠性降低：

(1)若是DG不具备低电压穿越能力，当系统发生故障时该DG将被电网自动切除，而当其所连接的线路故障重合后，DG非但没有起到电压支撑的作用，反而会引起电压的跌落。如果电网无法及时切除DG，造成的非同期重合可能会引起保护误动作乃至设备受损，最后线路无法及时恢复运行，用户的停电时间反而增加了。

(2)若DG与配电网的继电保护不能很好配合的话，可能导致继电保护误动作，系统的可靠性随之显着降低。

(3)安装地点、容量和连接方式不适当的DG也可能导致配电网的安全可靠性降低。

(4)对于经典放射状配电网，电网结构随着DG的接入而发生了变化，同时短路电流和持续时间也受到了影响，导致继电保护装置因为是按原有网络拓扑图设计而发生误动作，最终妨碍了自动重合闸和备自投装置的准确动作。

此外，当电力系统受到来自外部的干扰时，含大量DG的系统和某些类型DG技术以及电力电子设备将使得转子转速偏差逐步增大，振荡持续时间随之延长，较大程度上影响了系统暂态稳定，也给系统的安全运行带来了潜在威胁。

三、对电能质量的影响

DG广泛接入配电网后不可避免地给配电网带来各种扰动，包括稳态和暂态两大类，由此造成了系统的电能质量问题，涉及到四个方面。

1.稳态电压

(1)电压升高。当无DG接入时，用户侧电压通常低于系统侧电压，但当DG单元在负荷侧或用户附近接入时，潮流反向现象将可能出现，严重情况下可能导致用户侧电压高于变电站母线电压。

(2)电压降低。当调压装置(比如有载调压变压器或电压调节器)的下游接入DG单元，DG的存在有效减轻了压降补偿装置所测量到的负荷，维持馈线末端电压达到规定标准的实际设定值普遍高于进行电压补偿时所设的目标电压值，因此接入DG后馈线上的电压低于未接时的电压。

2.电压波动

(1)若DG与当地负荷同趋势运行，即DG的出力随着该负荷的增加(或减小)而相应的增加(或减小)，减少了对上级电网远距离输电电力的负荷需求，则此时配电网中电压的波动受到DG接入的抑制。

(2)若DG与当地的负荷逆趋势运行，如利用自然资源(太阳能、风能、潮汐能等)发电的DG，由于其输出量相当程度上取决于所属自然资源的特有属性(如太阳光辐射强度、风速、海水的势能等)，实现有效的控制将非常困难，则协调此类DG系统与当地的负荷稳定运行将很困难。如此一来系统电压的波动极可能加剧，展现反调峰特性。3.电压闪变

规模较大的DG启停或者出力大幅波动;DG与作为反馈环节的电压控制系统相互作用。

针对以上情况，应尽量减少DG系统的启动次数，并经由逆变器将DG接入配电系统，从而尽量控制DG出力的变化。

4.高次谐波

由于DG系统中采用了一些电力电子设备，再加上DG本身就是一个谐波源，导致DG接入配电网会产生大量高次谐波。以风电并网为例，无论发电机组的品牌与规格，发电机只是一小部分谐波电流的来源，其最大来源是构成风电机组的电力电子元件。正常情况下，谐波干扰的程度取决于变流器装置的设计结构及其安装的滤波装置状况，同时谐波干扰在一定程度上也受电网短路容量的影响。

四、对配电网规划的影响

随着DG在配电网中无规律投入或退出运行的情况大量、频繁地发生，使得预测电网负荷的不确定性逐渐增大，自然配网规划人员预测负荷的准确性便大打折扣。为了保证电网的拓扑、参数等能够适应安全和可靠运行的要求，DG的大量接入对配电系统规划提出了新的挑战。

DG接入给配电网规划所带来的影响主要包括以下几个方面：

(1)大量的DG接入使得配电网的负荷预测、规划和运行的不确定性比以往更为突出。用户大量安装DG对提高自身以及配电网的供电可靠性起到了积极的作用，但另一方面使得配网规划人员预测负荷增长的准确性大打折扣，继而深刻影响着网络拓扑、导线参数、无功补偿等方面的规划。

(2)一般来讲，配电网规划考虑的年限通常为5～20年，在此期间的负荷增长率通常假定为某一固定值，随着越来越多的负荷节点容量的不断增加，就需要适当新建变电站来满足负荷的需求。考虑到配电网规划问题的动态属性同其变量的维数密切相关，在配电网中不断增加的DG发电机节点将使得变量维数不断增加，在追求建造成本、维护成本和电能损耗最小的方案的优化规划过程中形成“维数灾”效应，致使网络规划方案的最优化过程更为困难，甚至无法求得可行解。

(3)从保障配电系统安全和稳定运行的角度出发，让DG接受电力系统的统一调度已经成为广泛的共识。为此，可以借助FACTS设备对其进行有效的控制和调节，使现有的配电系统集成DG/FACTS单元，这不仅需要对现有的配电自动化系统进行优化，还要使之具备由被动到主动地管理配电系统的能力，尤其是在自动电压控制、DG与配电系统的协调控制与保护、自动重合闸和备自投的协调控制等方面提出了更高的要求。

(4)DG系统的投运将在不同程度上降低配电线路的利用率，那么，电网公司投资线路的成本将难以在预期时间内收回，导致沉没成本。在电网公司越来越重视资产全寿命周期管理的今天，如何合理规划好配电网络、确保电网运行的经济性也成为当前的一个重要任务。

(5)DG机组的种类繁多、性能差异很大，而且所依赖的能源形式多样化，这使得在配电系统中合理地配置电源结构、高效率协调利用各类型的DG显得尤为重要，更是对配电网规划人员智慧的考验。

此外，随着DG的广泛应用，使得将国家能源政策、能源规划等与含DG的电网规划紧密结合成为一种必然，配电网规划问题趋于复杂化，并从多维度影响着规划。

五、小结

DG基于污染少、损耗低、可靠性高、能源利用率高等技术特点在近些年得到了飞速发展。随着DG越来越多地接入配电系统，给电网带来的影响不容忽视。本文分别从网络损耗和线路潮流、运行可靠性、电能质量、配电网规划四个方面详细阐述了DG接入给配电网所带来的影响，希望能够给相关领域的技术人员提供一些参考。