分布式可再生能源接入對配電網(wǎng)的影響分析

分布式可再生能源接入對配電網(wǎng)的影響分析分布式可再生能源在全球范圍內(nèi)引起人們越來越多的關(guān)注。為了滿足我國經(jīng)濟高速發(fā)展以及節(jié)能環(huán)保的需要，基于現(xiàn)有電源和電網(wǎng)的條件，大力推進分布式可再生能源的發(fā)展將成為我國電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。針對分布式可再生能源具有的污染少、損耗低、可靠性高、能源利用率高等技術(shù)特點，分別從網(wǎng)絡損耗和線路潮流、運行可靠性、電能質(zhì)量、配電網(wǎng)規(guī)劃四個方面闡述了其對配電網(wǎng)帶來的影響。當前，電力系統(tǒng)朝著大電網(wǎng)、高電壓、交直流互聯(lián)的方向發(fā)展。［1］隨著分布式可再生能源大量分散接入配電網(wǎng)后，單向輻射式的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉植济芗⑴c用戶互聯(lián)的網(wǎng)絡，因此電網(wǎng)潮流將不再自變電站母線單向送出，而是隨著時間出現(xiàn)雙向流動的特征，從而改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運行模式，并由此產(chǎn)生諸多新的研究對象和領(lǐng)域。［2，3］必須針對含有分布式電源(簡稱DG)的電網(wǎng)規(guī)劃與運行方式、繼電保護、安全穩(wěn)定性、對調(diào)度控制中心的影響等一系列問題進行深入的研究。為了促進電力生產(chǎn)的節(jié)能減排，目前DG多數(shù)采用可再生能源，諸如風力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等等，而各種可再生能源發(fā)電的連續(xù)性、可預測性和可控性都比較差，為電網(wǎng)運行帶來諸多不利的影響［3］，通常涉及到網(wǎng)絡功率損耗、配電線路潮流、配電網(wǎng)運行可靠性、電能質(zhì)量乃至配網(wǎng)規(guī)劃各個領(lǐng)域。一、對網(wǎng)絡損耗和線路潮流的影響隨著DG在配電網(wǎng)中的接入，配電網(wǎng)的功率損耗不僅與負荷水平有關(guān)，同時還受到與系統(tǒng)相連的DG的位置分布、出力大小以及配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)等的影響。［4,5］隨著DG的大量接入導致電網(wǎng)中各線路的潮流時空變化特性復雜，這將引起配電網(wǎng)有功網(wǎng)損產(chǎn)生許多變化：系統(tǒng)中DG的出力只能部分滿足其相鄰節(jié)點處的有功負荷，那么將使配電網(wǎng)中所有線路的損耗減小。系統(tǒng)中DG的出力可以滿足部分相鄰節(jié)點處的有功負荷，但DG總出力仍然小于系統(tǒng)的總有功負荷，那么DG的接入可能導致配電網(wǎng)局部有功損耗增加，但配電網(wǎng)總有功損耗將減小。當配電網(wǎng)中的總負荷量低于DG的輸出總量時，配電網(wǎng)的損耗將大幅度增加。由此可見，隨著DG的廣泛接入，配電網(wǎng)的損耗可增大亦可減小，這與DG接入的地理位置、用電負荷的大小乃至網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的。二、 對配網(wǎng)運行可靠性的影響隨著分布式可再生能源接入配電網(wǎng)，電力系統(tǒng)的安全和可靠性可能往好的方面發(fā)展，也可能趨于惡化，這需視具體情況而定。若將DG以備用電源的角色接入配電網(wǎng)，那么在一定程度上可以減輕電網(wǎng)過負荷的程度，從而有效提高電網(wǎng)的輸電裕度。如果DG的布置合理以及電壓調(diào)節(jié)有效得力，DG將對支撐系統(tǒng)電壓穩(wěn)定起到顯著作用，使系統(tǒng)電壓更穩(wěn)定可控;若DG還具備低電壓穿越能力，在電網(wǎng)發(fā)生故障時仍能不間斷運行，并且加大力度向電網(wǎng)輸送無功，電壓驟降得到有效遏制，顯著提升系統(tǒng)對電壓的調(diào)節(jié)支撐性能。隨著DG廣泛接入配電網(wǎng)，也有可能使系統(tǒng)的安全可靠性降低：若是DG不具備低電壓穿越能力，當系統(tǒng)發(fā)生故障時該DG將被電網(wǎng)自動切除，而當其所連接的線路故障重合后，DG非但沒有起到電壓支撐的作用，反而會引起電壓的跌落。如果電網(wǎng)無法及時切除DG，造成的非同期重合可能會引起保護誤動作乃至設備受損，最后線路無法及時恢復運行，用戶的停電時間反而增加了。若DG與配電網(wǎng)的繼電保護不能很好配合的話，可能導致繼電保護誤動作，系統(tǒng)的可靠性隨之顯著降低。安裝地點、容量和連接方式不適當?shù)腄G也可能導致配電網(wǎng)的安全可靠性降低。對于經(jīng)典放射狀配電網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)隨著DG的接入而發(fā)生了變化，同時短路電流和持續(xù)時間也受到了影響，導致繼電保護裝置因為是按原有網(wǎng)絡拓撲圖設計而發(fā)生誤動作，最終妨礙了自動重合閘和備自投裝置的準確動作。此外，當電力系統(tǒng)受到來自外部的干擾時，含大量DG的系統(tǒng)和某些類型DG技術(shù)以及電力電子設備將使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差逐步增大，振蕩持續(xù)時間隨之延長，較大程度上影響了系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，也給系統(tǒng)的安全運行帶來了潛在威脅。三、 對電能質(zhì)量的影響DG廣泛接入配電網(wǎng)后不可避免地給配電網(wǎng)帶來各種擾動，包括穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩大類，由此造成了系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題，涉及到四個方面。穩(wěn)態(tài)電壓⑴電壓升高。當無DG接入時，用戶側(cè)電壓通常低于系統(tǒng)側(cè)電壓，但當DG單元在負荷側(cè)或用戶附近接入時，潮流反向現(xiàn)象將可能出現(xiàn)，嚴重情況下可能導致用戶側(cè)電壓高于變電站母線電壓。（2）電壓降低。當調(diào)壓裝置（比如有載調(diào)壓變壓器或電壓調(diào)節(jié)器）的下游接入DG單元，DG的存在有效減輕了壓降補償裝置所測量到的負荷，維持饋線末端電壓達到規(guī)定標準的實際設定值普遍高于進行電壓補償時所設的目標電壓值，因此接入DG后饋線上的電壓低于未接時的電壓。電壓波動（1） 若DG與當?shù)刎摵赏厔葸\行，即DG的出力隨著該負荷的增加（或減?。┒鄳脑黾樱ɑ驕p?。?，減少了對上級電網(wǎng)遠距離輸電電力的負荷需求，則此時配電網(wǎng)中電壓的波動受到DG接入的抑制。（2） 若DG與當?shù)氐呢摵赡孚厔葸\行，如利用自然資源（太陽能、風能、潮汐能等）發(fā)電的DG，由于其輸出量相當程度上取決于所屬自然資源的特有屬性（如太陽光輻射強度、風速、海水的勢能等），實現(xiàn)有效的控制將非常困難，則協(xié)調(diào)此類DG系統(tǒng)與當?shù)氐呢摵煞€(wěn)定運行將很困難。如此一來系統(tǒng)電壓的波動極可能加劇，展現(xiàn)反調(diào)峰特性。3.電壓閃變規(guī)模較大的DG啟?；蛘叱隽Υ蠓▌?DG與作為反饋環(huán)節(jié)的電壓控制系統(tǒng)相互作用。針對以上情況，應盡量減少DG系統(tǒng)的啟動次數(shù)，并經(jīng)由逆變器將DG接入配電系統(tǒng)，從而盡量控制DG出力的變化。4.高次諧波由于DG系統(tǒng)中采用了一些電力電子設備，再加上DG本身就是一個諧波源，導致DG接入配電網(wǎng)會產(chǎn)生大量高次諧波。以風電并網(wǎng)為例，無論發(fā)電機組的品牌與規(guī)格，發(fā)電機只是一小部分諧波電流的來源，其最大來源是構(gòu)成風電機組的電力電子元件。正常情況下，諧波干擾的程度取決于變流器裝置的設計結(jié)構(gòu)及其安裝的濾波裝置狀況，同時諧波干擾在一定程度上也受電網(wǎng)短路容量的影響。四、對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響隨著DG在配電網(wǎng)中無規(guī)律投入或退出運行的情況大量、頻繁地發(fā)生，使得預測電網(wǎng)負荷的不確定性逐漸增大，自然配網(wǎng)規(guī)劃人員預測負荷的準確性便大打折扣。為了保證電網(wǎng)的拓撲、參數(shù)等能夠適應安全和可靠運行的要求，DG的大量接入對配電系統(tǒng)規(guī)劃提出了新的挑戰(zhàn)。DG接入給配電網(wǎng)規(guī)劃所帶來的影響主要包括以下幾個方面：(1)大量的DG接入使得配電網(wǎng)的負荷預測、規(guī)劃和運行的不確定性比以往更為突出。用戶大量安裝DG對提高自身以及配電網(wǎng)的供電可靠性起到了積極的作用，但另一方面使得配網(wǎng)規(guī)劃人員預測負荷增長的準確性大打折扣，繼而深刻影響著網(wǎng)絡拓撲、導線參數(shù)、無功補償?shù)确矫娴囊?guī)劃。⑵一般來講，配電網(wǎng)規(guī)劃考慮的年限通常為5?20年，在此期間的負荷增長率通常假定為某一固定值，隨著越來越多的負荷節(jié)點容量的不斷增加，就需要適當新建變電站來滿足負荷的需求?？紤]到配電網(wǎng)規(guī)劃問題的動態(tài)屬性同其變量的維數(shù)密切相關(guān)，在配電網(wǎng)中不斷增加的DG發(fā)電機節(jié)點將使得變量維數(shù)不斷增加，在追求建造成本、維護成本和電能損耗最小的方案的優(yōu)化規(guī)劃過程中形成“維數(shù)災”效應，致使網(wǎng)絡規(guī)劃方案的最優(yōu)化過程更為困難，甚至無法求得可行解。(3)從保障配電系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運行的角度出發(fā)，讓DG接受電力系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度已經(jīng)成為廣泛的共識。為此，可以借助FACTS設備對其進行有效的控制和調(diào)節(jié)，使現(xiàn)有的配電系統(tǒng)集成DG/FACTS單元，這不僅需要對現(xiàn)有的配電自動化系統(tǒng)進行優(yōu)化，還要使之具備由被動到主動地管理配電系統(tǒng)的能力，尤其是在自動電壓控制、DG與配電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制與保護、自動重合閘和備自投的協(xié)調(diào)控制等方面提出了更高的要求。⑷DG系統(tǒng)的投運將在不同程度上降低配電線路的利用率，那么，電網(wǎng)公司投資線路的成本將難以在預期時間內(nèi)收回，導致沉沒成本。在電網(wǎng)公司越來越重視資產(chǎn)全壽命周期管理的今天，如何合理規(guī)劃好配電網(wǎng)絡、確保電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性也成為當前的一個重要任務。DG機組的種類繁多、性能差異很大，而且所依賴的能源形式多樣化，這使得在配電系統(tǒng)中合理地配置電源結(jié)構(gòu)、高效率協(xié)調(diào)利用各類型的DG顯得尤為重要，更是對配電網(wǎng)規(guī)劃人員智慧的考驗。此外，隨著DG的廣泛應用，使得將國家能源政策、能源規(guī)劃等與含DG的電網(wǎng)規(guī)劃緊密結(jié)合成為一種必然，配電