大量分布式电源接入后对静海电网调控的影响分析

【摘 要】本文通过分析分布式电源的发展应用趋势，研究了大量分布式电源接入后对静海地区电网调控运行产生的影响。分布式发电将对地区电网安全稳定运行产生重大影响，同时也对电网稳定性、电压、频率、电能质量等产生不同程度的影响。从分布式电源并网运行的角度，重点分析各种分布式电源的接入对电网调度的影响。最后通过具体案例分析为研究分布式电源的对地区调控的影响提供一些建设性意见。

【关键词】分布式电源；并网；电网调控

0 引言

随着能源以及环境问题的日益突出，新能越的发展越来越受到世界各个国家的重视，尤其是近几年分布式发电的快速发展预示着未来电力发展方向朝着节能、环保、高效、灵活的方向发展。分布式发电一般采用对环境没有危害或者危害很小的可再生资源或污染物排放很少的不可再生能源，其对资源的消耗小，能够满足可持续发展的要求。通常直接接入中低压配网中，随着负荷的变化调节出力，能够改善用户的电能质量和提高用户的供电可靠性；当电网发生事故时，分布式电源能够承担一部分负荷，对电网起到支撑作用，在一定程度上能够防止事故的扩大。[1]因此，在电力系统中分布式电源的接入也在慢慢增加。但是，随着风电、光伏等分布式电源在电网中逐渐增多，大量分布式电源接入给现代电力系统带来了诸多方面的影响，其中对电网调控的影响不容忽视，因此，需要研究分析分布式电源接入对电网调控运行产生的影响。

本文通过讨论分布式电源的发电技术方面阐述了分布式电源接入配电网规范，大量分布式电源的接入，对地区电网的安全稳定运行将产生重大影响，同时也会对配网的线路结构、潮流、继电保护、可靠性、故障恢复等产生不同程度的影响。

重点分析了分布式发电对静海地区电网调控各方面的影响。首先根据静海地区电网的网架结构，分析了分布式电源对地区电网网架结构的影响；然后从分布式电源出力及位置的变化，研究了分布式电源对地区电网潮流的影响；接下来通过正常情况以及短路电流情况的分析，分析了分布式发电对地区电网继电保护的影响；最后根据地区电网故障恢复原理以及要求，讨论了分布式发电对故障恢复方面的影响。

1 DG接入配电网规范介绍

本文以光伏电站接入配电网测试规范为例阐述分布式电源接入配电网的规范。随着我们经济的高速增长，能源安全已经上升为国家安全问题，可再生能源发展已成为我国能源战略调整、转变电力发展方式的重要内容。太阳能作为清洁的可再生能源，今年来出现了强劲的发展趋势。截止2011年底，中国光伏系统的累计装机容量达到3.3GW。预测2017年全球累计并网光伏系统装机量将达230GW。

光伏电站测试内容：

1）小型光伏电站接入电网测试内容至少应包括：电能测试质量、功率特性测试（有功功率输出特性测试）、电压/频率异常时的响应特性测试、防孤岛保护特性测试、通用性能测试。

2）大中型光伏电站接入电网测试内容至少应包括：电能质量测试、功率特性测试（有功功率输出特性测试、有功功率控制特性测试、无功功率调节特性测试）、电压/频率异常时的响应特性测试、低电压穿越能力测试、防孤岛保护特性测试、通用性能测试以及调度部门要求的其它一些测试项目。

本文重点阐述了电能质量测试，进行电能质量测试前，电网侧电能质量指标满足GB/T12325、GB/T12326、GB/T15543、GB/T15945和GB/T24337要求。电能质量测试通过电能质量测试装置实现，该装置应满足GB 19862、DL/T 1028的技术要求，并符合IEC 61000-4-30-2003 Class A测量精度要求。电能质量测试示意图如图1所示，测试步骤如下：

1）电能质量测试点应设在光伏电站并网点和公共连接点处；

2）校核被测光伏电站实际投入电网的容量；

3）运用电能质量测试装置测量测试点的各项电能质量指标参数，在系统正常运行的方式下，连续测试至少满一天（具备一个完整的辐射周期）；

4）读取电能质量测试设备测试数据并进行分析，输出统计报表和测量曲线，并判别是否满足Q/GDW 617-2011要求；

图1 电能质量测试

5）在满足推荐测试环境的条件下，光伏电站宜在试运行7天内完成测试，考虑到天气和实际情况因素，光伏电站应在投运半年内完成检测；

6）光伏电站并网后要完成以上测试，使电能质量、功率特性、电压/频率等满足并网要求，使光伏电站在并网后能够稳定运行。

2 DG接入对静海电网调控运行的影响分析

2.1 静海地区网架结构

分布式电源的接入，将使地区电网从一个辐射状的网络变化成为一个分布式电源与用户互联的一个电网络，网架结构就发生了变化。配电网的接线方式一般采用放射式接线、树干式接线以及环网式接线，采取何种接线方式取决于经济性以及供电可靠性。其中放射式接线分为单回路放射线式接线和右公共备用干线的放射式接线。单回路放射线式接线方式优点有操作维护方便，线路敷设简单等，但可靠性较低，当某段线路发生故障时，该段线路上的所有用户都需要停电，影响面积比较大。公共备用干线的放射式接线方式除了具有单回路线路放射式接线的优点外，还具有电源发生故障时能保证对用户供电的优点，因此一般可以给二级负荷供电。树干式接线可分为单回路树干式接线和双回路树干式接线。单回路树干式接线方式是从降压变电站引出干线，所有负荷都是从该干线的分支线中引出用于供电，总的引出线路比较少，能够减少供电设备的数量以及投资，同时线路架设比较简单，但供电可靠性较差，一般给三级负荷供电。双回路树干式接线方式可分为单侧供电和双侧供电，其中，双侧供电增加了一组供电电源，供电可靠性更高，能够满足对重要用户的需求。环网供电方式的可靠性是之前介绍的几种方式中可靠性最高的，它可以开环运行也可以闭环运行，无论哪一段出现故障都能够保障非故障路段可靠运行。

2.2 静海地区电网潮流

分布式电源接入配电网会导致其电流、电压、有功和无功的大小和方向发生改变。这都是因为分布式发电系统是一个双方向输送的系统，而电网配电网是一个单方向输送的系统，并网后配电网就变成了一个多电源网络，此时电网的潮流将是多变的。由于太阳能发电、风力发电等方式受天气条件制约，所以一般要根据其实际地理条件选择分布式电源安装位置，因地制宜是分布式电源安装的基本原则之一。因此，对电网潮流的影响分为以下四点：

1）分布式电源接入点往后，各节点的电压将有所上升；

2）分布式电源的出力越大，与负荷的比值将越高，系统电压的支撑作用就越明显；

3）分布式电源集中在某一节点上面对系统电压的支撑效果要弱于分布式电源分散分布在多个节点上；

4）从减少电压变化率的角度出发，分布式电源并不是很适合在馈线末端接入电网，相反，可以选择在馈线的中间位置或者其他位置组成。

2.3 静海地区电网继电保护

本文从分布式电源对电流保护的影响分析了分布式电源对继电保护的影响。

电流保护是指当线路发生短路时，重要特征之一是线路中的电流急剧增大，当电流流过某一预定值时，反应于电流升高而动作的保护装置。目前，我国的中、低压配电网中主要是单侧电源、辐射型供电网络，分布式电源接入配电网后，辐射式的网络将变为一种遍布分布式电源和用户互联的网络，潮流也不再是单向地从变电站母线流向各负荷。配电网潮流的变化使得电网中电流保护整定和机理也发生了深刻变化。分布式电源的接入，对电流保护的影响主要有：

1）分布式电源接入点的上游发生短路时，只对接入点和短路点之间的电流保护会产生一个反方向的短路电流，可能引起保护的误动作，可以通过安装方向继电器来避免；对其他位置的电流保护没有影响。

2）分布式电源接入点的下游发生短路时，分布式电源接入点上游的保护灵敏性和保护范围减少，可能发生拒动，但同时也有可能使保护范围扩大到下一条线路，引起误动作。而对旁线路和短路点下游的保护不会产生影响。

2.4 静海地区故障恢复方面

配电网的故障恢复是指当电网发生故障后，调度控制中心能够利用已经有的自动化定位功能找出电网的故障位置并且自动隔离故障点，找到需要恢复供电的地域，能够重新调整配网中的分段开关以及联络开关的状态，在所有的开关状态组合中找出一套不但能够满足电网运行条件而且使目标值最小的开关状态方案，然后通过对开关进行遥控使其在需要的位置来满足对停电客户的恢复供电。分布式电源接入电网后，配电网的系统结构以及运行方式都发生了很大的变化，同时由于分布式电源的类型很多，这些因素对配电网在发生故障时的故障恢复都会带来一定的影响。分布式电网并入地区电网后，在容许分布式电源孤岛存在的基础上，指定合适的故障恢复策略，能够大大提高电网的故障恢复成功率以及故障恢复速度，提高供电系统的稳定性和可靠性。

3 分布式电源在天津电网的应用示范

中新天津生态城是坐落于天津市以分布式发电为主的新能源发电系统，它的建成实现可再生能源利用率高于20%的分布式电源利用规划目标。生态城的分布式电源主要有风机、太阳能、微型燃气轮机等以及大容量的储能装置，实现了对小范围内供电以及与电网的安全稳定的并网，其中生态城动漫园三联供与光储微网系统是天津首例兆瓦级燃机并网设计；实现光储微网系统与燃机并网联合调度；创立“冷热电蓄”综合能源利用模式。生态城公屋展示中心为天津首座零碳建筑，为我国未来面向公建项目的实施推广起到引领示范作用。在这些项目中，分布式电源接入模式多样、可靠性高，充分体现分布式电源接入研究水平和方案设计编制水准。生态城的建立为今后其它地区分布式发电的建立起到引领示范作用，具体实现了独立运行和并网运行，以及系统调度的合理配合，达到充分利用清洁能源，保护环境的目标。

静海县位于天津市西南部，具有丰富的太阳能资源和发达的钢铁工业，电力发展迅速，电量需求较大。在今后的电力发展中，可以利用其充分的资源发展分布式发电，建立小型的分布式发电系统，配合燃气轮机、内燃机以及储能装置，建设在电、冷负荷较为稳定的区域，如宾馆、医院、学校、工厂等，系统的经济性能够大幅提高。通过对分布式电源的优化调度，实现联络线功率的削峰填谷功效，平湖联络线功率波动，提高电能质量。实现储能系统运行监视、光伏系统运行监视、微网能量管理调度、节能减排效果分析等功能。

根据静海地区风、光资源条件进行分析，确认各项目的发电成本，并通过软件模拟得出分布式发电系统优化配置结果，形成对静海地区兆瓦级分布式发电系统的优化配置仿真报告。以光伏电机和多种类储能运行进行配合为特色，完成系统的优化配置、设备技术规范制定、能量管理策略制定、系统初步设计及施工图设计，逐步建立起以可再生能源为主的分布式发电系统示范。

4 结论

本文通过介绍分布式电源的接入规范分析了分布式电源并网后对静海地区调度运行的影响，包括对网架结构、电网潮流变化、电网继电保护和地区故障恢复的影响，以及具体举例天津市建成的中新生态城示范工程，提出了静海地区建立分布式发电系统的有利条件以及影响。

【参考文献】

[1]彭康宏，刘人临.分散电源研究[J].上海电力，2005，1：35-44.

[2]于建成，迟福建，等.分布式电源接入对电网的影响分析[J].电力系统及其自动化学报，2012，2：53-66.

[3]邹婵.分布式电源对电网调度的影响[J].电工技术，2012，9：42-55.

[4]罗毅初.分布式发电对地区电网调度的影响研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[5]董军，陈小良，等.计及分布式电源的电网调度模型研究[J].华东电力，2009，5：36-47.

[责任编辑：陈双芹]

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