含分布式电源配电网运行风险的影响因素

张超冉

摘要：分布式电源（Distributed Generation，DG），是指某些中小型发电装置以分散的形式安装在用户侧附近，其既可独立于公共电网直接为少量用户供电，也可以接入配电网系统，与公共电网一起同为用户供电。分布式发电是以资源和环境效益最大化，以能源利用效率最优化为目标确定安装位置及容量的新型能源系统。

关键词：分布式电源;配电运行风险;影响因素

前言

由于光伏，风电这种清洁型分布式能源发电的不稳定性接入配电网后会造成复杂多样的不良影响，因此提出综合风险评估方法，提高含分布式电源配网运行的可观性和可控性，探究分布式电源对配电网可靠性影响，提出可靠性评估方法是解决此类问题的重要手段。基于线路过负荷风险、母线低电压风险、负荷点停电风险，对其进行加权，提出一种加权风险评估方法，进而分析不同类型分布式电源对配网综合风险的影响。为分布式电源的运行管理提供必要的技术手段，提高了分布式电源的利用效率和配电网运行的安全性和可靠性。

1含分布式电源配电网运行风险的影响因素

随着分布式发电技术水平的不断提高，电网与分布式电源相结合的发电方式将越来越具有明显优势，与以化石燃料的集中式发电方式相比，该发电方式在污染处理方面的费用将大大降低，这极大提高了分布式发电的经济效益。将分布式发电技术引入电力系统的主要优势有：

（1）节约能源与投资：传统供电模式需要由电网传输并分配电能，超高压电网输电效率虽高，但也会产生部分损耗，且从超高压电网到用户端需经过多次降压变换，每一次经过变压器都将导致损耗的增加，而分布式电源及其配套的储能系统一般安装在负荷附近，在输送电能过程中电能损耗将比通过远距离输电输送同等容量电能时的损耗要小，因此分布式电源及其储能系统的合理优化配置可以降低配电网的损耗。同时使用风能、太阳能、地热能等天然可再生资源的分布式电源将不必考虑能源枯竭的问题。

（2）提高供电可靠性：电力系统发生故障或受到自然灾害等导致停电时，对供电可靠性要求较高的用户，分布式电源可作为紧急备用电源能够及时启动，形成“孤岛”独立供电，维持基本电力供应，保障重要负荷的需求，减少故障停电所带来的经济损失，为之后的排查故障原因、故障修复工作赢得时间。

（3）对负荷起调峰作用：电网的用电高峰会对供电线路及发电厂带来很大的压力，而在电网中接入分布式电源后，可由分布式电源在用电高峰时期向部分负荷供电，这在很大一方面缓解了传统供电方式的压力。分布式电源的储能系统也对这一问题有一定的缓解作用，它可以在电網负荷率较低时将电源多余的电能储存下来，而在负荷高峰时回馈给电网以满足电网功率需求。

（4）为偏远山区供电：我国偏远地区的地理条件较为复杂，经济、科技相对落后、负荷较少且相对分散，如采用集中供电方式则需要大量的投资经费和长时间的建设周期，十分不经济。而在风能、生物质能相对丰富的农村，充分利用分布式发电技术能为当地居民供应电能提供了便利的条件。

少量的分布式电源接入不会对配电网产生较大的影响，然而随着分布式发电技术的广泛应用，分布式电源在配电网中所占的份额不断上升，分布式电源接入将会对配电网的结构和运行产生较大的影响。具体表现如下所述：

（1）分布式电源对系统潮流的影响：配电网接入分布式电源后，分布式电源将可能使配电网的系统潮流模式发生变化并使得配电网潮流难以预测。若允许分布式电源向配电网回馈电能，根据分布式电源与负荷之间的位置和容量关系，线路潮流可能发生不同变化，当分布式电源的输出功率大于当前馈线的负荷容量时，部分馈线甚至系统整个潮流可能会完全反向。这种反向的潮流模式将会对配电网产生许多不利影响，如潮流方向的改变使得电压调整难以进行，配电网的电压调整装置难以维持。

（2）分布式电源对系统安全性及可靠性的影响：分布式电源接入配电网中，将会对系统产生许多不确定性的影响，对系统的安全可靠运行既可能产生正面的作用，也可能产生负面的影响，应该根据具体实际情况来确定。在正确的位置安装合适容量的分布式电源，可以发挥调节、稳定电压的优势，对电力系统的电压起到支撑作用;有些分布式电源具有低电压穿越能力，能够在系统出现故障的时候仍继续向用户供电，进而可以缓解电压骤降、提高系统对电压的调节能力。

（3）分布式电源对电能质量的影响：在现有配电网系统中，负荷随时间的变化而变化，这将会引起系统电压波动，且越靠近负荷端，电压波动的幅度越大。当分布式电源输出功率与负荷不能保持同方向的增减时，电压波动将更加剧烈。一些分布式发电机组通过逆变器并入电网，而逆变器中的电力电子开关器件通常需要频繁的开通和关断，这将会给系统带来开关频率附近的谐波分量，产生一定的谐波污染。

2分布式电源接入配电网的风险评估方法

2.1状态采样

采用状态釆样方法能够合理准确分析出系统中所有元件状态的组合的方法，可以精确地综合地评估到每一种状态影响的风险后果。本文采用的是模拟法（蒙特卡罗方法），基于对模型或观察过程进行抽样实验，搭建的概率模拟参数等于问题的解，统计所求参数的特征，得到问题的相似解，该方法很好的解决了解析法计算量大的问题。

2.2配电网供电安全风险评估流程

（1）首先需要将原始数据输入。主要涉及到了元件停运率、网络拓扑参数;元件磨损期，磨合期的相关参数以及天气统计数据等。此外还有元件恶劣天气和良好天气下的故障率风机以及光伏模型参数。

（2）系统状态抽样包括元件状态抽样、风速和光照强度抽样、分布式电源状态抽样，反孤岛设备状态抽样。

（3）系统状态分析。如果分布式电源与部分负荷形成非计划孤岛形成非计划孤岛，根据非计划孤岛算法划分非计划孤岛区域，计算非计划孤岛区域内系统潮流，统计系统各支路过负荷、各母线电压越限情况。

2.3不同分布式电源类型对系统运行风险的影响

本文采用IEEE69节点辐射状配电网作为算例。对于69节点系统，需要接入微型燃气轮机、风机、光伏电源各五台，具体为7、20、31、48、67节点。各分布式电源额定出力的比值分别为2：3：1：3：1。探究渗透率分别为0.15、0.25、0.35、0.45、0.6时，分布式电源对系统的影响。仿真时间为30年。由于仿真中涉及随机变量，結果存在不确定性，因此采用仿真9次求取平均值作为仿真结果。

在69节点系统中，当接入5台风机时母线过电压风险最高，且风险值随分布式电源渗透率提高所增长的速度最快。当渗透率为60%时达到最高为3.5。在分布式电源渗透率逐渐提高过程中电压最稳定的为5台光伏电源接入下的情况，整体风险值偏低且增长速度最慢。当渗透率为60%时达到最高为0.22。从不同类型的分布式电源来看，风电接入下系统的过负荷风险低，光伏与微型燃气轮机则始终处于较高位置。

风机为PQ节点，对电压无控制作用，其电压仅与馈线压降有关，随着传输功率增高，馈线流过的逆功率大幅抬升上级系统至电源点间节点电压，使得风机接入下的系统过电压风险远高于其他分布式电源。光伏有功出力存在随机性，总体出力小于燃气轮机，所带负荷较少，更多负荷需要通过上级系统供电，造成了系统过负荷风险较高。

3接纳能力预警分析

分布式电源节点主要为PV节点和PQ节点，分别将配网中五个分布式电源全部设置为PQ节点或PV节点，分析可知：透率下，可以发现当DG节点全部为PV节点时，过电压风险降低。PV节点类型DG给定值是DG输出有功和电压幅值，这类分布式电源一般有足够的可调无功容量，用来维持节点电压恒定在给定值。所以PV类型的DG也相当于向系统注入了一定的有功和无功，对节点电压有一定的支撑作用，节点电压越限的可能性降低。PV类型DG注入的无功由维持电压所需的无功量决定，当无功量大于一定限值（QMAX=0.2），则按照最大限值输出。相比较于PQ类型DG，PV类型的DG会注入较多的无功，在有功相同的时，配网线路传入的容量增大，则过负荷严重度增加。

4结论

基于风险评估方法采用IEEE69节点辐射状配电网作为算例，分析不同类型分布式电源对配网综合风险的影响，计算线路过负荷风险、母线电压越限风险以及负荷点停电风险，并对三种风险指标进行加权，最后通过配电网对不同类型分布式电源的接纳能力预警分析实现配电网运行风险的准确评价。

参考文献

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