分布式电源对配电网自愈控制的影响研究

2014-08-15山东省女子监狱

电子世界 2014年9期

山东省女子监狱徐岳

山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂孙振

1.引言

随着社会的发展，传统的集中供电模式的不足日渐突出，分布式电源的应用在很大程度上弥补了传统供电模式的不足，但是分布式电源的并网，对整个电力系统的运行也会造成很大影响，尤其是配电网的自愈控制，包括两个方面，其一，在配电网发生故障时，分布式电源在一定程度上帮助实现电网的“自愈”，另一方面，又影响配电网的正常运转，阻碍“自愈”。

2.分布式电源对配电网故障恢复的影响

配电网故障恢复是配电网发生故障后，通过网络重构在确保系统安全运行的前提下，快速恢复对非故障停电区域负荷的供电，针对传统的配电网故障恢复问题，国内外都提出了很多的故障算法，比如启发式算法﹑遗传式算法﹑禁忌搜索法等。分布式电源介入电网后，配电网的结构和运行方式都会发生巨大的变化，原有的一些算法并不在实用。

分布式电源在故障恢复过程中的应用主要为：

(1)利用DG来支持电网出现故障后恢复到正常的“黑启动”；

(2)为重要的负荷提供持续供电“孤岛”模式。

所谓黑启动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电（不排除孤立小电网仍处于维持运行），处于“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有的自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复。而黑启动关键是电源的启动，而分布式电源具有设备简单，启动迅速等优点，在系统面临大面积停电时，DG能快速的提供电源，独立的启动各个子系统动，然后将整个电网逐步连接，完成全网由黑启动到正常供电状态的运行，实现电网从事事故发生后到恢复正常的“自愈”功能。还有，DG在故障恢复的另一个作用就是，在故障发生后，DG与大电网分离，继续向所在的小范围独立电网供电，该独立运行的电网为“孤岛”模式。这种模式可以维持系统未出现故障部分的供电，使得一些用于系统检测和修复的设备得到不间断供电，从而使得帮助实现电网的“自愈”。

3.分布式电源对配电网继电保护的影响

配电网，大多是都是单一的电源的辐射型的网络，继电保护同样是按照辐射型的网络进行设计和整定的[1]。DG接入以后，单辐射的网络变成了双端或者是多端的网络，配电网中的潮流分布﹑故障发生时短路电流的大小和流向会发生根本性的变化，这样就给继电保护的整定就增加了很大的难度。目前，我国的配电网一般是辐射型的单电源结构，所以继电保护比较简单，一般是采用三段式的电流保护。分布式电源对电流保护影响主要表现为：

(1)分布式电源引起保护拒动。分布式电源提供的故障电流降低了所在线路保护的检测电流值，使相应的保护因达不到动作值而不能启动。

(2)分布式电源引起误动作。相邻线路发生故障时，分布式电源的反向电流使其所在的健康运行线路的保护检测到的故障电流大于其整定值，从而引起误动作，使得分布式发电所在线路无故跳闸。

(3)配电网的故障水平的变化[2]。分布式电源不但会造成故障电流的增大，也会造成故障电流的减少。如果某配电所所在区域的分布式电源的容量非常大，这样子就会使故障电流产生很大幅度的变化，所以务必要提高断路器的容量和升级继电保护装置。

(4)电压不能合理的调节。大容量的分布式电源，使所在线路电压越上限，而当其因故停役时，又可能引起线路电压越下限。相邻线路必须增加附属设施才能满足电压调整的要求，增加了接入分布式电源的投资成本。

同时，DG的介入位置不同，故障电流的大小和流向也会有所不同，从而对保护动作行为的影响也就不同。当分布式电源接入配电网后，线路保护的灵敏度降低或者保护范围缩小。为了减小分布式电源对配电网的影响，一些研究人员提出对现有保护加以改进和完善，以适应分布式电源并网的保护要求。如分布式电源接在110kV变电站35kV母线并通过专线并网时，将配电网原有的距离保护改造为允许式方向纵联保护，提高了并网变电站的供电可靠性；分布式发电机组通过10kV开关站与系统并网的情况下。目前，我国对含有分布式电源的配电网的继电保护的研究还处于探索阶段，还需要在以下方面深入研究：合理的对线路进行调整，减小分布式电源对保护的影响，升级现有的故障保护装置或者开发新型的保护设备，从研究分布式电源与电网关系入手，研究分布式发电本身的特点，提出新的保护方案。

4.分布式电源接入对重合闸的影响[2]

配电网发生的故障80%-90%的部分是瞬时性的。重合闸对提高整个系统的供电可靠性﹑减少电网维护的工作量有非常重要的作用。在辐射式配电网结构下，重合闸在迅速恢复瞬时性故障线路时，不会对配电系统产生任何冲击和破坏。但当配电网中并入分布式电源后，线路发生瞬时故障时，分布式电源可能会导致两方面的后果：其一，在失去电网电源后，故障点可能由于分布式电源的维持而没有消除，。当进行重合闸时，可能会引起故障电流的越变，引起故障点电弧重燃，导致绝缘击穿，进一步扩大事故。其二，在故障发生后，电力孤岛与电网往往不能保持同步，在这种情况下，非周期重合闸会引起冲击电流或者电压，线路保护可能会发生误动作，而使重合闸失去了迅速恢复瞬时故障的能力。

5.分布式电源对配电网供电质量的影响

当配电网接入分布式电源时，电网结构将由单电源辐射网络变成了遍布电源和用户互联的网络。引入少量的DG对整个电网不会构成太大的影响，然而，当电网中存在较多的DG单元或存在大容量单元时，将对电压质量﹑供电可靠性﹑线损等产生较大影响，从而对配电网自愈控制产生影响。

(1)对配电网电压分布的影响

DG接入配电网后，在稳态情况下，由于馈线上的传输功率减小以及DG输出地无功支持，使得沿馈线的各负荷节点处得电压有可能被抬高。电压被太高的多少与DG的位置以及容量的大小有关系。不同类型的DG对电网电压的支持作用也是不相同的：同步发电机型DG设备的并网对系统静态电压稳定性具有负面影响，而异步发电机型DG和逆变器型DG设备并网能改善系统的静态电压稳定性。

负荷节点电压变化与DG接入点和母线间的距离﹑接入容量﹑有功无功配比以及接入方式（集中接入或多点分散接入）密切相关。合理的规划DG接入位置﹑接入容量，以及有效地协调众DG的输出有功﹑无功配比，就能使得DG的输出有功﹑无功配比，就能使得DG输出对配电网电压，尤其是末端电压起到良好的支撑作用。

(2)对电压波动的影响

DG接入配电网时，会影响系统电压的波动使其增大或者减小，产生积极或消极影响，具体为：DG与当地的负荷协调运行，即当该负荷增加（或者减小）时，DG输出量增加（或减小），此时DG将有效的抑制系统的电压波动，产生积极影响，然而，当DG不能与当地的负荷协调运行，如利用自然资源发电的DG，由于其输出波动性很大，一般难以控制，所以，这类DG很难与当地的负荷协调运行。此时的DG将会增大系统的电压波动，产生消极的影响。

(3)对配电网无功优化的影响

大量分布式电源，特别是大容量风电场接入电网后会造成电压波动增大和无功潮流不合理，使得现有的无功控制手段不能满足要求，严重影响配电网的优化运行。电力电子技术的发展使得静止无功补偿器﹑静止同步补偿器﹑静止同步串联补偿器﹑等无功补偿设备在系统中得到了大量应用。分布式电源接入后需要研究综合运用这些补偿设备协调地区电网各电压等级的无功分布，并针对分布式电源的随机特性和分相﹑三相混合控制模式，建立地区电网的无功优化和电压控制模型与分析方法。

另外，某些使用逆变器等电力电子装置接入系统的分布式电源（以双馈感应风电机为代表）除了向系统传输有功功率之外，同时还具备一定的无功补偿﹑有源滤波的功能。