配电网中分布式电源接入体系研究

张婷婷，刘 晨，宫及峰，赵婉旭

（国网辽宁省电力有限公司计量中心，辽宁 沈阳 110168）

配电网中分布式电源接入体系研究

张婷婷，刘 晨，宫及峰，赵婉旭

（国网辽宁省电力有限公司计量中心，辽宁 沈阳 110168）

分布式电源的产生，对配电网的安全、可靠、经济运行提供了巨大支撑，有效缓解了能源危机及环境问题。在分布式电源接入过程中，需要考虑不同的接入等级、接入容量及位置对配电网带来的影响。针对配电网中分布式电源的接入，分析了分布式电源接入对配电网的影响及分布式电源接入配电网应遵守的相关约束条件；综合考虑了不同因素，提出了配电网中分布式电源的接入体系，详细介绍了分布式电源接入准入容量和最优接入容量计算原则及方法；在所提分布电源接入体系基础上，实现了在典型光伏系统接入33节点配电网中，验证该体系有助于指导分布式电源的接入。

分布式电源；配电网；接入体系

一次能源的过度利用、环境污染的进一步加剧等问题给社会发展带来诸多不利影响。电能作为社会生活必不可少的条件，其作用越来越明显，资源问题给传统发电带来新的挑战。随着科学技术的日益成熟，人们加大了对可再生能源的研究进程，分布式电源（distributed generation，DG）因此得到了快速发展。其发电的灵活性、清洁性给配电网带来了诸多益处，是实现节能减排的重要举措。

分布式电源的接入对配电网产生了一定影响，然而，能源供给的新途径如何选择接入方式则会对配电网产生不同影响［1－2］。文献［3］从经济性、可靠性和安全性等3个方面建立了分布式电源接入评价体系，通过相关体系的建立评估分布式电源的并网效用；文献［4－6］分别从电能质量、电压稳定性、系统重构等方面对分布式电源接入配电网系统后的状态进行了深入评估。然而，上述研究仅针对接入后对配电网的状态进行评估，而未涉及分布式电源接入模式及相关体系的研究。

分布式电源接入体系的研究对开展分布式电源的接入具有一定的指导意义。基于此，本文首先从理论层次分析了分布式电源接入对配电网的影响及相关约束条件；其次，综合考虑不同因素，提出了配电网中分布式电源的接入体系，详细介绍了分布式电源准入容量和最优接入容量计算原则及方法，最后，在分布式电源接入体系研究基础上，实现了1个典型光伏系统接入33节点的配电网，验证该体系有助于完成不同种类分布式电源的接入。

1 理论分析

分布式电源的接入改变了原有配电网的潮流分布情况，作为独立的供电单元，分布式电源可向配电网中输送功率。分布式电源接入配电网模型如图1所示。

图1 分布式电源的配电网模型

分布式电源接入第i个系统节点，则第i个系统节点处的功率情况如式（1）、式（2）所示。

式中：Pi和Qi分别是配电网系统节点i处流出的有功及无功功率；Ui是节点i处的电压；ri、xi分别是节点i与其下一节点所联的支路电阻及支路电抗；PLi、QLi分别是节点i处的有功负荷及无功负荷；Pdgi、Qdgi分别为节点i处分布式电源注入的有功和无功功率。

分布式电源接入后会对配电网产生瞬时的冲击。当系统处于运行稳定时，各节点及线路上的潮流应处于动态稳定状态，即满足式（3）约束条件：

然而，在分布式电源接入过程中，同样应考虑分布式电源的发电能力，系统接入点的承受能力及线路的承载能力。

a.节点电压约束

式中：Uimax和Uimin分别为配电网系统中第i个节点处的电压上限及下限值，即在分布式电源接入配电网系统后，接入点电压不得超过1.07 pu。

b.DG功率约束

式中：Pdgimax为分布式电源发电的最大限值，即在分布式电源接入中接入容量不应超过其最大的发电容量。

c.支路功率约束

式中：Pkmax是配电网系统中第k条支路的最大传输功率值；Nline为支路总数，即考虑到配电网线路的最大载流量。

2 分布式电源接入体系研究

2.1 接入流程

目前，分布式电源发电还处于发展阶段，在接入过程中往往以分布式电源能够并网，能够输送电能为基准。然而，不同的接入位置及容量对配电网的影响不尽相同，盲目接入则会带来相反的效果。因此，制定适合分布式电源的接入体系有助于实现正确的分布式电源接入方式，通过相关指标明确分布式电源最佳的接入方案。分布式电源接入体系的研究对开展分布式电源的接入具有一定的指导意义。在分布式电源接入过程中应综合考虑分布式电源的种类、接入等级、接入容量、并网点及设备配置等因素。本文所提的分布式电源接入体系如图2所示。

图2 分布式电源接入体系

2.2 准入容量确定

分布式电源的准入容量体现了原有配电网网络对于分布式电源分散注入功率的最大接纳能力。准入容量的确定与配电网电压、系统保护、稳定性、可靠性等一系列的运行参数有关［7］。

准入容量需考虑系统电压约束、系统保护约束、谐波约束、启停约束及其他约束条件。

2.3 最优接入容量确定

准入容量下的分布式电源接入无法保证系统处于最佳运行状态，如何确定最优的接入容量和位置则是另一个重点研究内容。研究分布式电源最优接入容量及位置时，应先确定相应的优化目标、建立相应的理论优化模型，然后通过相应的计算方法得出最优量。优化模型可从费用、降损、可靠性角度对分布式电源接入进行建模［8］，如考虑降损问题的建模如下：

式中：f为系统网络损耗函数，Pi、Qi分别为支路i末端的有功与无功负荷；Ui为支路i末端的电压；Ri为支路i的电阻；n为支路数。

分布式电源最优接入容量求解需要复杂的计算过程，潮流分布的动态改变加大计算的难度和时间。智能优化算法对于求解复杂的非线性问题、多目标优化问题提供了良好的途径。遗传算法、粒子群算法、萤火虫算法、蚁群算法等智能优化算法得到了广泛应用。

2.4 并网点选择

配电网系统分布式电源的并网电压等级主要有10 kV及380 V 2类。10 kV系统网络对分布式电源的接纳能力较大，可实现中等规模的分布式电源的接入，在10 kV系统中，分布式电源主要的并网点包括公共电网变电站10 kV母线、公共电网开关站、配电室或箱变10 kV母线、公共电网10 kV线路及用户10 kV母线。

380 V系统网络对分布式电源的接纳能力较弱，往往适合自发自用、余量上网的小型分布式电源接入，分布式电源接入380 V系统的主要并网点包括公共电网配电室或箱变380 V母线、公共电网配电箱380 V母线、用户配电室或箱变380 V母线和用户配电箱380 V母线。

2.5 系统配置

分布式电源接入10 kV及380 V系统根据不同的分布式电源接入种类，存在不同的系统配置，系统配置主要包括继电保护配置、调度自动化配置及相关的通信与监测系统配置。

3 案例分析

本文选取某地区的1个配电网网络为研究对象，其中配电网的系统结构如图3所示。系统33节点的参数如表1所示。

图3 配电网系统结构

表1 系统33节点参数

在本次分布式电源接入中，选取光伏发电作为接入电源，接入系统10 kV电压等级。

考虑到分布式电源接入点电压约束，对分布式电源的准入容量进行计算，即保证分布式电源接入点处的系统电压不得超过1.07 pu。通过计算得出系统33节点不同的系统准入容量如图4所示。

图4 33节点各节点的准入容量

从图4中可以看出，配电网不同的节点对分布式电源的最大接纳能力不同，11节点的准入容量最大，说明处于中间位置的接入点的接纳能力最大，而两侧节点的准入容量相对较小。

针对最优接入容量的技术，本文以系统网损最小为目标函数，建立了系统优化模型，网损目标函数如式（8）所示：

式中：N表示该配电网系统中电网支路的条数；i，j分别为第k条支路两端的节点编号；Gk（i，j）则为配电网支路k的电导；δij为节点i，j的电压相角差。

粒子群算法结构简单、寻优能力及收敛能力较强，因此，本文选用粒子群算法进行分布式电源接入最优容量的寻优。通过寻优得到了系统最小网损下的分布式电源接入点及位置为［16，582 kW］，最优接入容量为582 kW，小于16节点的准入容量664 kW，满足系统接入点电压要求。

通过结合实际接入点的地理位置情况及能源使用情况等，本次光伏发电选择接入10 kV用户母线，在本次光伏系统接入设备配置中，并网点配置1套三段式电流保护，具备低周低压功能。断路器采用20 kA；在用户10 kV侧设安全自动装置，实现频率电压异常紧急控制功能，跳开相应断路器。接入10 kV母线的开关具备遥信、遥测功能。配置电能量远方终端，采集光伏电站所有并网点电量信息，并配置电网调度管理终端和路由器、交换机，接入电网调度管理系统。

4 结束语

分布式电源接入体系的研究对开展分布式电源的接入具有一定的指导意义。本文首先从理论层次对分布式电源接入后的潮流进行了分析，同时分析了分布式电源接入点处需要满足的相关约束；其次，建立了配电网中分布式电源的接入体系，并详细介绍了分布式电源准入容量和最优接入容量的计算原则及相关方法，最后，在本分布电源接入体系基础上，实现了1个典型光伏系统接入33节点的配电网，对接入点的准入容量及最优接入容量进行了计算分析，并得到了优化结果，验证了该体系的适用性。

［1］郑 剑，刘 克，申金平.分布式供电系统对电网的影响［J］.东北电力技术，2006，27（4）：4－6.

［2］殷 豪，陈春泉，彭显刚，等.分布式电源接入对配电网稳定性的影响研究［J］.东北电力技术，2012，33（10）：6－10.

［3］柳 睿，杨 镜，程浩忠，等.分布式电源并网的综合评价［J］.电力系统及其自动化学报，2013，25（1）：34－39.

［4］付学谦，陈皓勇，刘国特，等.分布式电源电能质量综合评估方法［J］.中国电机工程学报，2014，34（25）：4 270－4 276.

［5］张 谦，廖清芬，唐 飞，等.计及分布式电源接入的配电网静态电压稳定性评估方法［J］.电力系统自动化，2015，39（15）：42－48.

［6］王成山，聂 耸，徐瑞林，等.分布式电源接入对配电网络重构影响分析［J］.天津大学学报（自然科学与工程技术版），2014，47（3）：189－194.

［7］文 升，顾 洁，程浩忠，等.分布式电源的注入容量与优化布置的实用方法［J］.电力自动化设备，2012，32（10）：109－114.

［8］王义贺，栗 然，马惠卓，等.10 kV配网接入分布式电源后电压及网损的计算与分析［J］.东北电力技术，2013，34（3）：4－9.

Research on Distributed Generation Access System in Distributed Grid

ZHANG Ting⁃ting，LIU Chen，GONG Ji⁃feng，ZHAO Wan⁃xu
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Metrological Center，Shenyang，Liaoning 110168，China）

The distributed power generation provides great support on distribution network safety，reliability and economic operation，the energy crisis and environmental problems are also effectively alleviated.However，the impacts of the distribution network bring by the distributed power different levels of access，capacity and location should be the considered.The impact of distributed power access to the distribution network and the relevant constraints complied by the distributed power distribution are analyzed in this paper.The ac⁃cess system of the distributed power considering different factors is presented，the distributed power capacity and optimal access capacity calculation principles and methods are presented in details.A typical PV system distribution network accessing to the power system of 33 nodes is achieved based on the realization of the access system and the direction of the access system proposed in this paper is verified.

Distributed generation；Distributed grid；Access system

TM732

A

1004－7913（2016）06－0004－04

张婷婷（1977—），女，学士，高级技师，从事电力系统相关技术研究。

2016－01－22）