分布式电源接入对配电网的影响研究

分布式电源接入对配电网的影响研究电112李博210717分布式电源的广泛应用,使得国家能源政策、能源规划等直接渗透到与分布式电源有关的电力系统规划中,并影响规划的决策过程。分析了分布式电源并网对电力系统的影响,综述了分布式电源并网准入功率的计算方法,分析了分布式电源的最优容量计算方法,探讨了分布式电源规划问题的研究方向。分布式电源作为一种高效、可靠、经济的发电方式，近年来得到了国内外的广泛关注。分布式电源的快速发展给传统的电力系统注入了新的活力，同时也带来了新的挑战。多数的配电网尤其是农村配电网其结构为单电源、放射状，配电网的继电保护是以此结构为基础设计运行的。分布式电源的接入使配电网的结构发生了很大的变化，配电网的潮流分布和短路电流分布也将随之改变，因而也将影响配电网继电保护装置的正常运行。一般来说,分布式发电(DistributedGeneration,DG)指的是安装在用户附近的发电设施。分布式发电技术具有供电方便、安装灵活、环保等特点,引起了世界各主要国家的关注。大力发展分布式发电技术,在传统的集中式发电和大电网基础上建立混合型供电网络是未来电力系统发展的趋势。关键词：分布式电源；配电网；继电保护；并网保护；准入容量近年来，全球能源形势比较严峻，能源工业所面临的经济增长、环境保护和社会发展的压力愈来愈大。虽然许多工业化国家能源消耗已经基本趋于稳定，但是发展中国家由于工业化进程速度加快，使得能源消耗呈增加的态势，导致全球能耗平均呈指数增长趋势，其后果将非常严重，不仅使地球气候变暖，造成生态环境恶化，引发自然灾害，同时还将加速消耗常规化石能源储量。分布式电源并入电网后将给配电网带来一系列影响，分布式电源对配电网产生的影响与配电网和分布式电源的运行情况相关。配电网的特点是呈放射形结构并由单电源供电，配电网的继电保护是以此为基础设计的。当分布式电源接入配电网后，配电网的结构将发生改变。当配电网发生故障时，除了系统向故障点提供故障电流外，分布式电源也将对故障点提供故障电流，改变了配电网的节点短路水平。因而影响配电网继电保护装置的正常运行。分布式电源的类型、安装位置和容量等因素都将对配电网的继电保护造成影响。分布式电源分布式电源是指分布在配电网中的功率为10kW～30MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。分布式电源具有调峰、再生能源的利用、节省输变电投资、降低网损、提高供电可靠性等效益。DG主要包括燃料电池、小型热电联产、小型水力发电站、风力发电、太阳能电池阵列以及生物发电等多种形式。中小容量的分布式电源接入配电网中，在故障发生时将对故障点提供故障电流。从研究继电保护的角度而言，分布式电源模型可以用一个电源串联电抗的模型来表示。因此所需要考虑的是，在故障发生时分布式电源能够提供多大的故障电流。对于不同类型的分布式电源，其电抗值是有所区别的，它代表着该电源的故障电流注入能力。Barkeretal对各种类型分布式电源的故障电流注入能力进行了研究，如表1所示。从表中可以发现，最大的故障电流注入能力可以达到1000%。该值可用于短路计算以确定最糟的故障情况。1、对配电网继电保护的影响分布式发电接入配电系统后，对配电系统继电保护的影响主要表现在以下几个方面：可能引起原有的继电保护装置灵敏度降低或拒动。分布式发电产生的故障电流可能会减小流过馈线继电器的电流，使速断保护无法启动，从而导致故障不能及时切除。可能导致配电系统的继电保护误动作。相邻馈线的故障可能会导致分布式电源所在的线路保护误动作。改变了配电网的故障水平。分布式电源数量和种类的不同会提高或降低配电网的故障水平。大容量的分布式电源将导致故障电流产生大幅度的变化。非同期合闸下会扩大事故停电范围。若故障跳闸后，分布式电源没有停止运行或从电网中切除，造成的非同期重合闸将会导致继电保护装置误动作，扩大事故停电范围。《EffectsofDistributedGenerationonProtectiveDeviceCoordinationinDistributionSystem》指出，含分布式电源的配电网中，分布式电源的具体位置和容量大小将密切影响保护装置的协调和控制方法。配电网络配电网的拓扑结构类型较多，主要包括放射式接线、树干式接线和环网式接线方式，其形式主要取决于对供电可靠性的要求。中国城乡大多数的配电系统仍然以放射状链式结构为主。这种结构的网络有许多优点，比如接线可靠、保护整定容易、扩容简单等。笔者所用的配电网模型将变电所以上的系统等值为一电压源，配电网电压等级为10kV。为了进行继电保护整定计算，需要了解系统阻抗，此处用短路容量来表示其短路水平。由于中压配电网经过输电网、高压配电网连接到发电厂，离系统电源的电气距离比较远，因此考虑最大运行方式和最小运行方式下的短路容量时没有太大变化。配电网继电保护配电网络的继电保护，相对于高电压大系统继电保护而言，属于简单保护。在配电网中常用的继电保护有电流保护、电压保护、反时限电流保护、距离保护等。继电保护动作值的设定包含两方面的意思：①应由故障设备上的保护装置动作切除故障；②上下级之间的保护装置能起后备保护作用。一般配电网是放射状链式结构且由单端电源供电，在线路上发生故障时，只有系统侧的电源向故障点提供故障电流。因此配电网中的继电保护装置设在线路的系统侧。分布式电源接入对配电网继电保护的影响降低原有的继电保护装置灵敏度，甚至出现拒动故障。流过馈线继电器的电流因分布式电源产生的故障进而减小，速断保护无法启动，从而故障不能及时切除。导致配电系统的继电保护装置出现误动作。分布式电源的接入直接影响电网短路电流的大小和流向，分布式电源所在的线路保护因相邻馈线的故障，可能会发生误动作，进而损坏设备。改变了配电网的故障水平。配电网的故障水平受到分布式电源数量和种类的影响，将会出现提高或降低，故障电流在大容量的分布式电源的影响下，将会出现大幅度的变化。事故停电范围下会因非同期合闸而出现扩大。如果发生故障出现跳闸，系统中接入的分布式电源不会停止运行或者从电网中被切除，进而出现孤网运行。因此，配电网中接入分布式电源后，需要对各方面的因素进行重新考虑。分布式电源的接入影响配电网电压的波动在配电网中由于接入了分布式电源，在用户端由于出现了电源，在一定程度上影响稳态电压的分布规律，例如，当以异步发电机为主的风电场并网运行时将会引起系统无功的变化，进而影响整个系统电压。分布式发电功率随机变化、分布式发电机随意启停，将会突然改变潮流分布和大小，因配电变压器没有有载调压功能，配电网根本无法应对这种因潮流突变而导致的电压变化，将会引起电压波动、电压闪变等电能质量问题。分布式电源接入对配电网自动装置的影响对自动重合闸的影响。一方面电网电源失去后，故障点通常通过分布式电源继续供电，进而造成故障点电弧出现重燃，导致绝缘被击穿，使得瞬时故障恶化成为永久性故障。另一方面对于重合闸，线路中一直处于有压状态，进而不能启动重合闸，导致事故不断扩大，甚至造成分布式电源的损坏。对备自投的影响。由于母线电压的存在，不到满足备自投动作的无电压、无电流的条件，导致备自投装置拒动，进而影响电网供电的可靠性。因此，接入分布式电源后，必须将低频低压解列装置配置在分布式电源侧，进而确保在自动重合闸、备自投动作之前除分布式电源。对配电网规划的影响传统配电网规划的主要任务是根据规划期间网络中空间负荷预测的结果和现有网络的基的建设和运行费用最小。但分布式发电的接入，使得配电网规划突破了传统的方式，对配电分布式电源的接入会影响系统的负荷增长模式，使原有的配电系统的负荷预测和规划面临着更大的不确定性。配电网本身节点数非常多，系统增加的大量分布式发电机节点，使得在所有可能网络结构中寻找最优网络布置方案更加困难。对含多种类型分布式发电混合联网供电系统，根据各类型能源分布特征建立模型，在配电网中确定合理的电源结构，协调有效利用各种类型电源成为待解决的问题。分布式电源接入对配电网调度运行管理的影响为了确保整个系统安全可靠地运行，需要对配电网进行统一调度和管理，进而摆脱大量分布式电源和传统电源并存的现状。受分散性的影响和制约，导致大量分布式电源不能安装专门的电力通信装置，进而在安全监控与数据采集系统中不能纳入自动化信号，使得调度人员无法对分布式电源的运行进行实时的监控，在一定程度上增加了安排分布式电源的运行方式，以及配电网安全稳定运行的难度，配电网作业的安全系数大大增加。所以，需要借助各种通信方式，在自动化数据采集系统中纳入分布式电源，进而对分布式电源的运行加强管理。分布式电源下游线路发生永久性故障时，分布式电源供应的故障电流可能会使其下游保护的保护范围扩大到下一段线路，失去选择性；同时会导致分布式电源上游保护的保护范围减小。分布式电源上游线路发生永久性故障时，希望故障线路的两侧均断开以切除故障。但分布式电源供出的电流并不能使其上游的电流速断保护快速动作隔离故障点。其它馈线发生永久性故障时，对于分布式电源所在馈线的上游保护而言，分布式电源向上游供出的故障电流有可能会引起上游定时限电流速断保护和过电流保护的误动作。结束语随着科技的不断进步分，布式发电技术满足了能源系统的客观要求，在强大的电网支撑下，分布式能源得以充分地发展。国家电网也加快建设“坚强智能电网”的步伐，在一定程度上为大规模地开发和消纳可再生能源提供了能源配置平台。在不远的未来，将会形成新的电力工业体系，将“绿色电能”送到千家万户，促进我国经济和社会的可持续发展。参考文献：[1]徐铭，张维，郭上华，牛文楠.分布式电源接入装置的研究综述[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（10）.[2]王向东，刘红琴.含分布式电源的链式串供线路运行探讨[J].价值工程，2012（07）.[3]赵毅，孙文瑶，许傲然.分布式电源并网对配电网影响的研究[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2012（01）