分布式电源接入对电网的影响分析与对策
2014-11-05冯颖楠马伟
冯颖楠 马伟
摘 要
本文作者根据多年以来工作实际经验，对分布式电源接入对电网的影响进行分析，阐述了其研究对策，以便和同行进行切磋与交流。
【关键词】分布式电源 接入 电网 对策
1 分布式电源接入背景概述
分布式发电通过在配电网中建立独立的发电单元对负荷进行供电，同时与外界电网进行能量交换，但是由于分布式发电具有间歇性、复杂性、多样性、不稳定性的特点，大量分布式发电并网将有可能造成电力系统对其不可控制和难以管理的局面，并引发相应的电能质量、电网安全性和稳定性等诸多问题。为了解决电力系统与分布式发电之间的矛盾，充分发挥分布式发电为电力系统和用户所带来的技术经济效益，进一步提高电力系统运行的灵活性、可靠性和经济性，以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的高要求，学者们提出了微网概念，将分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行，最有效地发挥分布式发电供能系统效能。
2 分布式电源接入对电网的影响
2.1 对电能质量的影响
分布式电源接入配电网后，在电能质量方面引发的主要问题为谐波问题。谐波的来源有两种可能：一是分布式电源本身就是一个谐波源，二是分布式电源中采用的一些电力电子设备。在正常状态下，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，同时与电网的短路容量有关。微网接入配电网以后既是“电源”又是“负载”，当微网内分布式电源能够满足微网内负载供电时向大电网送电，呈现“电源”特性；当电网故障时，微网内的DG会向故障点注入短路电流，如果并网的大量微网都呈现“电源”特性。这种特性将会对配电网的短路容量产生很大的影响。
2.2 对电网安全性的影响
微网接入配电网后，故障电流的大小和方向将发生改变，从而给继电保护的整定增加了一定难度。首先，微网中分布式电源提供的故障电流可降低所在线路保护的检测电流值，使相应保护因达不到动作值而不能启动，形成死区，使故障线路不能及时切除。另外，相邻线路发生故障时，微网的反向电流可能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；其次，微网中的各类分布式电源既可能造成故障电流的增加，也可能造成故障电流的减少，使得配电网的故障水平发生变化，若接入微网的容量很大，则可能使配电网的故障电流产生大幅度的变化；最后，微网的接入位置不同，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不同。当微网接入配电网后，线路保护的灵敏度降低或者保护范围缩小。
2.3 对电网交易市场的影响
分布式电源接入配电网后使得各种分布式电源能够在统一开放的交易市场上进行公平竞争，不同的电力供应商、不同的供电质量、不同的费率结构等，为电力用户提供了更多的选择机会。根据发电竞争市场的电价信息和零售电力市场的需求信息，用户完全可以灵活使用微网，让它发挥更大的作用。通过不同时段选择从配电网购电还是向配电网卖电，在缓解配电网峰谷差距的同时，为自己获取更大的效益。
3 分布式电源接入影响对策分析
3.1 提供电源保障电网灵活可靠
配电网发生故障后，微网处于过渡状态，根据智能电网的特点，要求在保证系统安全运行的情况下，快速恢复对非故障停电区域的负荷供电。由于分布式电源具有设备简单、启动速度快等优点，因此在过渡状态下，通过应用分布式快速提供电源，独立启动各子系统，然后再将整个电网逐步连接，完成配电网由黑启动到正常供电状态的运行，有效实现了配电网在事故发生后的过渡过程中的“自愈”功能。同时，处于过渡状态的微网，由于运行方式的灵活性，可以同配电网分离，继续向所在的小范围独立电网供电，保证了重要负荷的持续供电，进一步提高了配电网的灵活性和可靠性。
3.2 采取科学控制策略
通过逆变器等变流器与系统相连的分布式电源，一般为变速风轮机、光伏发电、燃料电池以及各类储能装置。对于第一类，其控制策略可以参照传统的发电机；而对于第二类，重点是优化逆变器的控制策略。关于逆变装置的结构通常采用如图1所示。主要元件包括可再生能源发电装置、储能元件、逆变装置还有连接电感等。为了简单实现建模过程，我们可以做以下假设：如果直流电源为光伏发电，我们可将其比作恒流源；如果直流侧是燃料电池，我们可以把它比作恒压源。常见的分布式电源接口逆变器控制方法分为恒功率控制、恒压恒频控制和下垂控制，这里我们介绍能够够有效抑制谐波，并提升电能质量的恒功率控制策略。
恒功率（PQ）控制策略的控制目标为各分布式电源输出的有功功率和无功功率均恒定为要求的数值，即参考功率。对于风力发电以及光伏发电等可再生能源发电形式，往往希望增加其发电所占比重，充分利用可再生能源。因此通常采用最大功率跟踪控制方式确保可再生能源电源可以输出在现有自然条件下的最大输出功率。
当这类电源实行恒功率控制时，其有功参考功率为最大功率跟踪确定的输出值。这时，无功功率的参考值可以由功率因数的要求值来确定。微型燃气轮机、燃料电池等可调度分布式电源，其出力可以由燃料（天然气等一次能源）用量的大小来调节。当其采用恒功率控制策略时，其有功无功参考值可以通过经济调度的结果来确定。如果在并网状态下，分布式电源采用恒功率控制时，其电压和频率由电网来维持。微网内部的负荷变动由连接的大电网承担，各个分布式电源不受微网内部负荷变动影响。
4 结束语
本文主要研究分布式电源的接入对电网的影响，以及探讨了分布式电源的接入影响的相关策略。在对分布式电源工作原理分析的基础上，对分布式电源及微网的控制策略进行了介绍。在详细论述分布式电源与配电网关系的基础上，分析了在微网与配电网的相互响应及应对措施，进一步提出了微网与配电网的互动模式。
作者单位
国网邢台供电公司 河北省邢台市 054001endprint
摘 要
本文作者根据多年以来工作实际经验，对分布式电源接入对电网的影响进行分析，阐述了其研究对策，以便和同行进行切磋与交流。
【关键词】分布式电源 接入 电网 对策
1 分布式电源接入背景概述
分布式发电通过在配电网中建立独立的发电单元对负荷进行供电，同时与外界电网进行能量交换，但是由于分布式发电具有间歇性、复杂性、多样性、不稳定性的特点，大量分布式发电并网将有可能造成电力系统对其不可控制和难以管理的局面，并引发相应的电能质量、电网安全性和稳定性等诸多问题。为了解决电力系统与分布式发电之间的矛盾，充分发挥分布式发电为电力系统和用户所带来的技术经济效益，进一步提高电力系统运行的灵活性、可靠性和经济性，以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的高要求，学者们提出了微网概念，将分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行，最有效地发挥分布式发电供能系统效能。
2 分布式电源接入对电网的影响
2.1 对电能质量的影响
分布式电源接入配电网后，在电能质量方面引发的主要问题为谐波问题。谐波的来源有两种可能：一是分布式电源本身就是一个谐波源，二是分布式电源中采用的一些电力电子设备。在正常状态下，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，同时与电网的短路容量有关。微网接入配电网以后既是“电源”又是“负载”，当微网内分布式电源能够满足微网内负载供电时向大电网送电，呈现“电源”特性；当电网故障时，微网内的DG会向故障点注入短路电流，如果并网的大量微网都呈现“电源”特性。这种特性将会对配电网的短路容量产生很大的影响。
2.2 对电网安全性的影响
微网接入配电网后，故障电流的大小和方向将发生改变，从而给继电保护的整定增加了一定难度。首先，微网中分布式电源提供的故障电流可降低所在线路保护的检测电流值，使相应保护因达不到动作值而不能启动，形成死区，使故障线路不能及时切除。另外，相邻线路发生故障时，微网的反向电流可能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；其次，微网中的各类分布式电源既可能造成故障电流的增加，也可能造成故障电流的减少，使得配电网的故障水平发生变化，若接入微网的容量很大，则可能使配电网的故障电流产生大幅度的变化；最后，微网的接入位置不同，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不同。当微网接入配电网后，线路保护的灵敏度降低或者保护范围缩小。
2.3 对电网交易市场的影响
分布式电源接入配电网后使得各种分布式电源能够在统一开放的交易市场上进行公平竞争，不同的电力供应商、不同的供电质量、不同的费率结构等，为电力用户提供了更多的选择机会。根据发电竞争市场的电价信息和零售电力市场的需求信息，用户完全可以灵活使用微网，让它发挥更大的作用。通过不同时段选择从配电网购电还是向配电网卖电，在缓解配电网峰谷差距的同时，为自己获取更大的效益。
3 分布式电源接入影响对策分析
3.1 提供电源保障电网灵活可靠
配电网发生故障后，微网处于过渡状态，根据智能电网的特点，要求在保证系统安全运行的情况下，快速恢复对非故障停电区域的负荷供电。由于分布式电源具有设备简单、启动速度快等优点，因此在过渡状态下，通过应用分布式快速提供电源，独立启动各子系统，然后再将整个电网逐步连接，完成配电网由黑启动到正常供电状态的运行，有效实现了配电网在事故发生后的过渡过程中的“自愈”功能。同时，处于过渡状态的微网，由于运行方式的灵活性，可以同配电网分离，继续向所在的小范围独立电网供电，保证了重要负荷的持续供电，进一步提高了配电网的灵活性和可靠性。
3.2 采取科学控制策略
通过逆变器等变流器与系统相连的分布式电源，一般为变速风轮机、光伏发电、燃料电池以及各类储能装置。对于第一类，其控制策略可以参照传统的发电机；而对于第二类，重点是优化逆变器的控制策略。关于逆变装置的结构通常采用如图1所示。主要元件包括可再生能源发电装置、储能元件、逆变装置还有连接电感等。为了简单实现建模过程，我们可以做以下假设：如果直流电源为光伏发电，我们可将其比作恒流源；如果直流侧是燃料电池，我们可以把它比作恒压源。常见的分布式电源接口逆变器控制方法分为恒功率控制、恒压恒频控制和下垂控制，这里我们介绍能够够有效抑制谐波，并提升电能质量的恒功率控制策略。
恒功率（PQ）控制策略的控制目标为各分布式电源输出的有功功率和无功功率均恒定为要求的数值，即参考功率。对于风力发电以及光伏发电等可再生能源发电形式，往往希望增加其发电所占比重，充分利用可再生能源。因此通常采用最大功率跟踪控制方式确保可再生能源电源可以输出在现有自然条件下的最大输出功率。
当这类电源实行恒功率控制时，其有功参考功率为最大功率跟踪确定的输出值。这时，无功功率的参考值可以由功率因数的要求值来确定。微型燃气轮机、燃料电池等可调度分布式电源，其出力可以由燃料（天然气等一次能源）用量的大小来调节。当其采用恒功率控制策略时，其有功无功参考值可以通过经济调度的结果来确定。如果在并网状态下，分布式电源采用恒功率控制时，其电压和频率由电网来维持。微网内部的负荷变动由连接的大电网承担，各个分布式电源不受微网内部负荷变动影响。
4 结束语
本文主要研究分布式电源的接入对电网的影响，以及探讨了分布式电源的接入影响的相关策略。在对分布式电源工作原理分析的基础上，对分布式电源及微网的控制策略进行了介绍。在详细论述分布式电源与配电网关系的基础上，分析了在微网与配电网的相互响应及应对措施，进一步提出了微网与配电网的互动模式。
作者单位
国网邢台供电公司 河北省邢台市 054001endprint
摘 要
本文作者根据多年以来工作实际经验，对分布式电源接入对电网的影响进行分析，阐述了其研究对策，以便和同行进行切磋与交流。
【关键词】分布式电源 接入 电网 对策
1 分布式电源接入背景概述
分布式发电通过在配电网中建立独立的发电单元对负荷进行供电，同时与外界电网进行能量交换，但是由于分布式发电具有间歇性、复杂性、多样性、不稳定性的特点，大量分布式发电并网将有可能造成电力系统对其不可控制和难以管理的局面，并引发相应的电能质量、电网安全性和稳定性等诸多问题。为了解决电力系统与分布式发电之间的矛盾，充分发挥分布式发电为电力系统和用户所带来的技术经济效益，进一步提高电力系统运行的灵活性、可靠性和经济性，以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的高要求，学者们提出了微网概念，将分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行，最有效地发挥分布式发电供能系统效能。
2 分布式电源接入对电网的影响
2.1 对电能质量的影响
分布式电源接入配电网后，在电能质量方面引发的主要问题为谐波问题。谐波的来源有两种可能：一是分布式电源本身就是一个谐波源，二是分布式电源中采用的一些电力电子设备。在正常状态下，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，同时与电网的短路容量有关。微网接入配电网以后既是“电源”又是“负载”，当微网内分布式电源能够满足微网内负载供电时向大电网送电，呈现“电源”特性；当电网故障时，微网内的DG会向故障点注入短路电流，如果并网的大量微网都呈现“电源”特性。这种特性将会对配电网的短路容量产生很大的影响。
2.2 对电网安全性的影响
微网接入配电网后，故障电流的大小和方向将发生改变，从而给继电保护的整定增加了一定难度。首先，微网中分布式电源提供的故障电流可降低所在线路保护的检测电流值，使相应保护因达不到动作值而不能启动，形成死区，使故障线路不能及时切除。另外，相邻线路发生故障时，微网的反向电流可能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；其次，微网中的各类分布式电源既可能造成故障电流的增加，也可能造成故障电流的减少，使得配电网的故障水平发生变化，若接入微网的容量很大，则可能使配电网的故障电流产生大幅度的变化；最后，微网的接入位置不同，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不同。当微网接入配电网后，线路保护的灵敏度降低或者保护范围缩小。
2.3 对电网交易市场的影响
分布式电源接入配电网后使得各种分布式电源能够在统一开放的交易市场上进行公平竞争，不同的电力供应商、不同的供电质量、不同的费率结构等，为电力用户提供了更多的选择机会。根据发电竞争市场的电价信息和零售电力市场的需求信息，用户完全可以灵活使用微网，让它发挥更大的作用。通过不同时段选择从配电网购电还是向配电网卖电，在缓解配电网峰谷差距的同时，为自己获取更大的效益。
3 分布式电源接入影响对策分析
3.1 提供电源保障电网灵活可靠
配电网发生故障后，微网处于过渡状态，根据智能电网的特点，要求在保证系统安全运行的情况下，快速恢复对非故障停电区域的负荷供电。由于分布式电源具有设备简单、启动速度快等优点，因此在过渡状态下，通过应用分布式快速提供电源，独立启动各子系统，然后再将整个电网逐步连接，完成配电网由黑启动到正常供电状态的运行，有效实现了配电网在事故发生后的过渡过程中的“自愈”功能。同时，处于过渡状态的微网，由于运行方式的灵活性，可以同配电网分离，继续向所在的小范围独立电网供电，保证了重要负荷的持续供电，进一步提高了配电网的灵活性和可靠性。
3.2 采取科学控制策略
通过逆变器等变流器与系统相连的分布式电源，一般为变速风轮机、光伏发电、燃料电池以及各类储能装置。对于第一类，其控制策略可以参照传统的发电机；而对于第二类，重点是优化逆变器的控制策略。关于逆变装置的结构通常采用如图1所示。主要元件包括可再生能源发电装置、储能元件、逆变装置还有连接电感等。为了简单实现建模过程，我们可以做以下假设：如果直流电源为光伏发电，我们可将其比作恒流源；如果直流侧是燃料电池，我们可以把它比作恒压源。常见的分布式电源接口逆变器控制方法分为恒功率控制、恒压恒频控制和下垂控制，这里我们介绍能够够有效抑制谐波，并提升电能质量的恒功率控制策略。
恒功率（PQ）控制策略的控制目标为各分布式电源输出的有功功率和无功功率均恒定为要求的数值，即参考功率。对于风力发电以及光伏发电等可再生能源发电形式，往往希望增加其发电所占比重，充分利用可再生能源。因此通常采用最大功率跟踪控制方式确保可再生能源电源可以输出在现有自然条件下的最大输出功率。
当这类电源实行恒功率控制时，其有功参考功率为最大功率跟踪确定的输出值。这时，无功功率的参考值可以由功率因数的要求值来确定。微型燃气轮机、燃料电池等可调度分布式电源，其出力可以由燃料（天然气等一次能源）用量的大小来调节。当其采用恒功率控制策略时，其有功无功参考值可以通过经济调度的结果来确定。如果在并网状态下，分布式电源采用恒功率控制时，其电压和频率由电网来维持。微网内部的负荷变动由连接的大电网承担，各个分布式电源不受微网内部负荷变动影响。
4 结束语
本文主要研究分布式电源的接入对电网的影响，以及探讨了分布式电源的接入影响的相关策略。在对分布式电源工作原理分析的基础上，对分布式电源及微网的控制策略进行了介绍。在详细论述分布式电源与配电网关系的基础上，分析了在微网与配电网的相互响应及应对措施，进一步提出了微网与配电网的互动模式。
作者单位
国网邢台供电公司 河北省邢台市 054001endprint
