分布式能源接入电力系统的影响

杨雷

摘要：分布式能源规模化接入电网对电网产生了新的挑战，主动配电网（active distribution network，ADN）技术被认为是分布式能源规模化利用的有效技术途径。统一电能质量控制器（unified power quality controller，UPQC）作为定制电力技术中功能最强大的电能质量综合补偿装置，能够综合治理主动配电网中电能质量问题，提高分布式能源接入配电网的渗透率及优化经济运行水平。

关键词：分布式能源;电力系统;影响

1 分布式能源的优势

分布式能源作为一种建在用户端的能源供应系统，主要以资源供应和环境效益最大化为基本出发点，它之所以能被电力行业广泛应用，很大程度上源于它自身的多方面优势。第一、环保性强。因为分布式能源是借助各种可再生能源的力量来发电的，一般分布式能源离负荷端近，可就近消纳减少输配环节，减少高压输电线路铺设，节省投资降低电磁污染。第二、可靠性强。分布式能源项目一般是由散布在居民区周围的形成的微型发电配电自治系统。具有较强的系统独立性，用户能够自行管控辖区内的分布式能源发电项目，人为减少停电几率，尤其是遇到一些电网事故或意外灾害时，还能实现自给供电[1]。第三、经济性强。分布式能源无需耗大量资金我，同时其位置经常散布在城市周边，距离负荷端较近，有效避免了长距离运输而产生的经济费用。第四、可操作性强。分布式能源系统具备较佳的调峰性，一旦发生异常状况，就可以视情况灵活迅速地与电力系统切断，使其独立运行。

2 分布式能源接入电力系统概述

分布式能源的基本构成是：分布式发电（distributed generation，DG）、分布式储能（distributed energy storage，DES）、可控负荷（controllable load，CL）等。分布式能源在一定程度上可承担支持系统的责任，这将取决于适当的监管环境和接入协议。由于高渗透率分布式能源接入电网后，导致电网潮流双向流动和潮流的不确定性，分布式能源无序地接入将会导致配电网电压越限、短路电流增大、供电可靠性降低以及电能质量恶化等问题。为实现分布式能源与配电网的友好集成，提高分布式能源接入配电网的渗透率及其优化经济运行的水平，更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求，采用主动配电网技术被认为是规模化利用分布式能源的有效技术途径[2]。主动配电网（ADN）是通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，以便对局部的分布式能源（DER）进行主动控制和主动管理的配电系统。主动配电网技术可以灵活地改变拓扑结构，“主动”对分布式能源的性能进行分析和预测，消除分布式能源对配电网产生的影响，实现分布式能源的高效率利用;同时能够提高配电网对绿色能源的兼容性，有效集成高渗透率分布式能源;还能够充分发挥分布式电源和主动负荷的作用，最大限度地减少对主网的容量需求，为电网提供调频和电压无功控制的帮助;并巨具有良好的自愈能力，使供电质量显著提高;还可以延缓对配电网升级的投资，提高配电网的智能化水平。

3 分布式能源对电力系统的影响

根据分布式能源的位置、负荷量、容量、类型等因素，分布式能源可能有效降低网损。可有有效提升未来智能配电网规划、设计。随着国网对智能电网发展的规划，适用于中国国情的智能电网系统将会建成。大量中低压配电网接入的分布式能源将彻底改变传统配电系统单向潮流的特点，数以万记的分布式光伏需要系统配备新的保护方案、电压控制策略和检测仪表以满足双向潮流等产生的问题;随着智能电网概念的深入，需求侧管理（Demand response）将对传统配电网提出技术方面的新要求，传统的发输配用环节将在这一概念下逐渐在配用侧逐渐深入延伸;在智能配电网中，数字化技术，如实时监控、资产管理和决策分析等方面将逐渐取代传统的以模拟技术为基础的配电网络，这就对配电网的供电可靠性、电能质量、自动化的设计和规划提出了更高级的要求;分布式光伏的大量接入加大了负荷预测难度，改变了既有的负荷增长模式，也使配电网的管理变得更为复杂。

3.1 对系统稳定的影响

分布式能源接入电力系统后，对电力系统运行稳定性的影响有利也有弊。其积极影响主要表现在正常状态下，分配式能源接入配电网，可以有效效提高配电网的电压调节功能，降低其电能损耗，还可以在电力系统供电中断后，作为后备电源有效减少停电时间，科学控制停电区域[3]。此外，它还能够有效缓解电力系统运行中的配电网容量不足，显著增加配电网的输电裕度，这都将进一步提高电力系统的供电稳定性。而就其对电力系统运行稳定性负面影响如下：第一，当分布式能源与配电网系统的相关保护设备配合不当会造成保护误动作。第二，当分布式能源的容量、安装位置以及具体的连接方法不合适时，也将降低电力系统运行的稳定性。第三，分布式能源接入电力系统后，其渗透率也将影响电力系统的安全稳定运行。

3.2 分布式电源接入后对电压的影响

电压闪变。分布式发电引起电压闪变的因素包括：某个大型分布式单元的启动、分布式单元输出的短时剧变以及分布式单元与系统中电压反馈控制设备相互作用而带来的不利影响。引入大量谐波。由于大量电力电子器件应用于分布式发电，所以不可避免地给系统带来大量谐波，谐波的幅度和阶次受到发电方式以及转换器的工作模式的影响。分析了分布式电源对电能质量的影响，针对大型配电网讨论引入DG后一些重要母线的谐波电压水平，提出可以在谐波电压水平较高的母线上安装特殊滤波器来抑制谐波。

3.3 谐波影响

大多分布式能源都配有电力电子转换器件，这些电力电子器件在能量转换过程中会产生电力谐波。电力谐波可与配电设备产生谐振产生过压或过流，损坏电气设备或降低使用寿命，同时电力谐波降低供电品质，影响公共电网的正常顺利运行。

3.4 对系统保护的影响

由于分布式电源的接入可能导致双向潮流，并且一些分布式電源（如风电）出力的随机性和波动性将导致其频繁的投切，这些都对传统的继电保护产生极大的威胁。1）DG运行时可能会引起继电保护的失效。DG产生的故障电流可能会减小流过馈线继电器的电流，从而使继电保护失效。2）DG接入配电网后可能会使继电保护误动作。相邻馈线的故障有可能会使原本没有故障的馈线跳闸[4]。3）改变了配电网的故障水平。故障水平提高还是降低取决于运行的分布式电源数量和种类，故障水平的提高要求开关设备的升级，故障水平的降低可能会给过电流保护带来问题。

总结

分布式能源作为一种距离用户端较近的能源供应系统，它具有环保、节能、经济、可灵活操作、可靠性强等诸多优势，所以已经被广泛接入电力系统中，并对电力系统的继电保护、电压、供电可靠性等多方面产生了重要的影响。

参考文献

[1]石伟.分布式能源接入对电力系统的影响[J].信息化建设，2016（04）：355.

[2]徐妍.智能电网环境下电力系统保护新技术的研究与探讨[D].东南大学，2015.

[3]谭朝华.分布式能源接入电力系统的影响[J].中国高新技术企业，2014（17）：65-66.

[4]吴旭鹏.城镇居民分布式能源接入电网的应用技术研究[D].上海交通大学，2014.