分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響

1、分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響分析更新：2012-08-07 15:36:29作者：liuyong來(lái)源：綜合報(bào)道 點(diǎn)擊：114次【字號(hào)：大 中 小】中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：長(zhǎng)期以來(lái)，能源結(jié)構(gòu)的不合理性以及能源利用效率的持續(xù)偏低帶來(lái)了許多環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。隨著電力政策的放開，分布式電源DG(distributedgeneration作為一種新興的發(fā)電模式逐步被廣泛關(guān)注。IEEE定義的DG是小容量的、可以在電力系統(tǒng)任意位置并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)，容量范圍小于10MW，并網(wǎng)電壓等級(jí)通常連接到配電系統(tǒng)所屬的各個(gè)電壓等級(jí)。作為集中式發(fā)電的有益補(bǔ)充，DG的接入位置主要在配電網(wǎng)用戶附近，這樣不僅可以減少電力傳輸時(shí)功率的損耗以及由配網(wǎng)

2、升級(jí)帶來(lái)的費(fèi)用，而且也為用戶帶來(lái)了較低的費(fèi)用、較高的可靠性、較好的電能質(zhì)量、較高的能源利用率和獨(dú)立性。網(wǎng)輻射狀結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，潮流的大小和方向都將發(fā)生改變，下級(jí)電網(wǎng)有可能會(huì)向上級(jí)電網(wǎng)送電，配電網(wǎng)本身的電壓分布也將有所變化;同時(shí)，還會(huì)增大并網(wǎng)點(diǎn)附近的短路電流水平。DG的接入也將對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)附近用戶的供電可靠性有所提升，但由于DG本身故障的概率性和出力的隨機(jī)性，也將在一定程度上降低系統(tǒng)的供電可靠性。顯然，DG接入對(duì)可靠性的影響結(jié)果尚待分析。此外，DG的并網(wǎng)和控制需要使用大量的電力電子器件，器件頻繁的開通和關(guān)斷易產(chǎn)生相應(yīng)的諧波分量，以及由于短路電流的變化，原有的電網(wǎng)過(guò)電流保護(hù)也會(huì)受到影響。這些均將對(duì)

3、配電網(wǎng)的管理產(chǎn)生一定的影響。本文基于典型中壓配網(wǎng)模型的構(gòu)建，從逆功率約束、電壓提升、短路電流提高等方面研究配電網(wǎng)中DG的接入容量與位置問(wèn)題，并進(jìn)一步分析DG接入對(duì)電網(wǎng)可靠性及諧波、保護(hù)的影響。1DG接入配電網(wǎng)模式介紹由于DG的不同接入模式將對(duì)DG的接入容量產(chǎn)生較大影響，因此本文首先介紹DG的幾種主要接入模式。(1低壓分散接入模式：是一種基于用戶的接入模式，主要是將小容量DG接入中壓配電變壓器低壓側(cè)。(2中壓分散接入模式：是指將容量中等的DG接入中壓配電線路支線的方式。(3專線接入模式：DG容量較大時(shí)，為避免對(duì)用戶電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，宜考慮以專線形式接入高壓變電站的中、低壓側(cè)母線。受容量所限，采用

4、此模式的DG所接入的電壓等級(jí)通常也為中壓。無(wú)論DG采用何種方式接入配電網(wǎng)，都應(yīng)當(dāng)滿足的重要原則是不能向上一電壓等級(jí)送電，這主要是原本用來(lái)降壓的中壓配電變壓器在升壓過(guò)程中不僅允許通過(guò)容量有所下降，而且傳輸功率的損耗也將大幅提升。因此，低壓接入的DG的最大出力必須限制在配變最小負(fù)荷之內(nèi)，故可將低壓接入的DG與配變?cè)瓉?lái)負(fù)荷整體等效為一個(gè)負(fù)荷，此負(fù)荷與其他用戶負(fù)荷均具有類似的波動(dòng)性和不確定性，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行無(wú)特殊影響。因而，本文將重點(diǎn)探討DG在中壓分散接入和專線接入兩種模式下對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行影響，并研究DG的接入容量限制。2DG接入的逆功率限制對(duì)于中壓分散接入模式，考慮負(fù)荷峰谷差因素，需要在DG出力為額定

5、功率且饋線負(fù)荷為其谷值時(shí)依然能夠滿足不出現(xiàn)逆潮流的限制，否則將影響其他饋線的DG接入。因此，接入DG的最大出力應(yīng)小于饋線負(fù)荷的谷值。根據(jù)調(diào)研，“負(fù)荷谷值/負(fù)荷峰值”的比值約為0.40.6。因此，DG總?cè)萘坎粦?yīng)超過(guò)饋線最大負(fù)荷的40%60%。實(shí)際運(yùn)行中的最嚴(yán)重情況是DG出力最大而饋線負(fù)荷最小，此時(shí)DG出力與饋線負(fù)荷相同。對(duì)于專線接入模式，國(guó)家電網(wǎng)在分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定中指出：“分布式電源總?cè)萘吭瓌t上不宜超過(guò)上一級(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%”。顯然這也是基于逆功率限制的考慮。因此，在分析專線接入問(wèn)題時(shí)，分布式電源容量最大不超過(guò)主變壓器所帶負(fù)荷的25%。3DG接入對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響分析

6、3.1典型配電網(wǎng)模型為計(jì)算DG接入對(duì)配電網(wǎng)潮流(電壓水平與短路的影響，本文針對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)建立了典型模型，如圖1所示。該線路電壓等級(jí)為10kV，共14個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，其中，0號(hào)節(jié)點(diǎn)是變壓器低壓側(cè)母線。線路參數(shù)采用YJY22-3×300電纜，總長(zhǎng)度2km，每段線路等長(zhǎng)。線路總負(fù)荷按照50%負(fù)載率來(lái)考慮，約為3.64MW，且各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷均分總負(fù)荷。3.2DG接入對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響為實(shí)現(xiàn)DG接入電網(wǎng)的潮流計(jì)算，根據(jù)DG的運(yùn)行和控制方式，可將DG分別看作PQ節(jié)點(diǎn)、PV節(jié)點(diǎn)、PI節(jié)點(diǎn)和PQ(V節(jié)點(diǎn)。其中長(zhǎng)期運(yùn)行在額定工況附近、波動(dòng)性不大的DG可看作PQ節(jié)點(diǎn)，如同步電機(jī)接入電網(wǎng)的DG，當(dāng)其勵(lì)磁控制

7、方式為功率因數(shù)控制時(shí)，則可看作PQ節(jié)點(diǎn);將能維持節(jié)點(diǎn)電壓幅值的DG節(jié)點(diǎn)看作PV節(jié)點(diǎn)，如用同步電機(jī)接入電網(wǎng)，當(dāng)其勵(lì)磁控制方式為電壓控制時(shí)可看作PV節(jié)點(diǎn);儲(chǔ)能系統(tǒng)可看作PI節(jié)點(diǎn);對(duì)于直接并網(wǎng)的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，可看成是PQ(V節(jié)點(diǎn)1。1中壓分散接入模式根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行特性，作為電源的DG，接入位置在線路末端且出力與線路負(fù)荷相等的情況下對(duì)電壓抬升作用最為明顯。將上述條件均帶入電壓降落計(jì)算公式U=(PR+QX/U，可以得出DG接入配電線路對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的最大提升不足1%，因此，電壓?jiǎn)栴}不構(gòu)成限制DG接入的因素。2專線接入模式受接入點(diǎn)的影響，此接入模式只影響變壓器電壓，不對(duì)饋線電壓產(chǎn)生影響。根據(jù)逆功率限制結(jié)

8、果，專線接入模式下DG容量最大不超過(guò)變壓器所帶負(fù)荷的25%，即使變壓器負(fù)荷處于低谷、DG為峰值出力的最嚴(yán)重情況下，DG對(duì)電壓降落的影響依舊在1%以內(nèi)，若同時(shí)考慮變壓器分接頭的調(diào)節(jié)作用，則可忽略專線接入DG對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響。3.3DG接入對(duì)配電網(wǎng)短路電流的影響為實(shí)現(xiàn)DG接入電網(wǎng)的短路計(jì)算分析，可按照并網(wǎng)接口的不同將DG分為旋轉(zhuǎn)型和逆變型兩種類型。其中旋轉(zhuǎn)型又可以分為采用同步電機(jī)并網(wǎng)和異步電機(jī)并網(wǎng)兩類。由于以同步電機(jī)作為接口的DG短路電流注入能力最大2，為考慮最嚴(yán)重情況，本文將針對(duì)采用同步電機(jī)接口方式的DG進(jìn)行分析。在DG的同步電機(jī)接口的出口短路情況下，單位DG容量可提供的短路電流約為0.3kA

9、/MW。本文計(jì)算出采用專線接入模式和分散接入模式時(shí)不同容量DG所提供的最大短路電流，見(jiàn)表1。根據(jù)現(xiàn)有配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)原則，中壓短路電流限制為16kA，特殊地區(qū)允許到達(dá)20kA。從表中可以看出，在中壓分散接入條件下，DG最大能提供的短路電流為0.545kA，占中壓短路電流限值的比例為3%左右;在專線接入條件下，DG最大能提供的短路電流則將達(dá)到3kA以上，約占中壓短路電流限值的比例為15%以上。因此，若DG采用中壓分散接入，則對(duì)短路電流影響較小;若DG采用專線接入，則各地區(qū)應(yīng)結(jié)合自身的實(shí)際短路電流水平來(lái)制定相應(yīng)的DG接入容量限制，或者在DG接入時(shí)應(yīng)用故障限流器等短路電流限制措施。3.4DG接入容量與

10、模式的建議通過(guò)以上分析可知，各種接入模式下影響DG接入容量的主要因素還是逆功率限制，而電壓與短路對(duì)DG接入容量的影響均很有限。綜合上述研究結(jié)果，可以得出DG接入容量與模式的建議如下。(1采用低壓接入模式的DG，建議其容量小于所接入中壓配電變壓器最大負(fù)荷40%。以配電變壓器的容量為400kVA計(jì)，若其負(fù)載率為50%，則建議采用低壓接入模式的DG容量小于80kVA。(2采用中壓分散接入模式的DG，建議其容量要小于所接入中壓饋線最大負(fù)荷的40%。以YJY22-3×300為例，若采用單環(huán)網(wǎng)接線，則建議采用中壓分散接入模式的DG容量小于1.5MVA。4DG的接入對(duì)電網(wǎng)可靠性的影響在線路發(fā)生故障

11、時(shí)，DG可以為停電的用戶供電，尤其是對(duì)于那些非常重要的負(fù)荷，年平均斷電時(shí)間將可大大減少。但另一方面，在DG并網(wǎng)條件下，配電網(wǎng)可靠性的評(píng)估需要考慮新出現(xiàn)的影響因素，如孤島的出現(xiàn)和DG輸出功率的隨機(jī)性等。其中，DG對(duì)供電可靠性的影響與DG孤島運(yùn)行緊密相關(guān)，孤島運(yùn)行是指當(dāng)連接主電網(wǎng)和DG的任一開關(guān)跳閘，與主網(wǎng)解列后，DG繼續(xù)給部分負(fù)荷獨(dú)立供電，形成孤島運(yùn)行狀態(tài)。在當(dāng)前條件下，這種孤島運(yùn)行將影響檢修人員的安全性，因此是不允許的3，但若能提高運(yùn)行管理水平，則可確保供電可靠性的有效提升。另外，DG受環(huán)境、氣候影響很大，特別是風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電，它們的出力很不穩(wěn)定。這兩種因素都從一定程度上影響可靠性的提升

12、效果。5DG對(duì)其他運(yùn)行方面的影響(1諧波與電壓波動(dòng)：采用逆變器接口形式的DG，由于電力電子設(shè)備的動(dòng)作將會(huì)對(duì)饋線的諧波水平具有一定影響。DG越接近系統(tǒng)母線，對(duì)系統(tǒng)的諧波分布影響越小4。同時(shí)，由于DG接入對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響在1%以內(nèi)，因此對(duì)電壓波動(dòng)的影響也很小。當(dāng)相對(duì)于采用逆變器接口的DG，采用同步機(jī)接口的DG對(duì)功率調(diào)制信號(hào)的響應(yīng)速度上較慢，減少電壓暫降持續(xù)時(shí)間的能力也較弱5。(2保護(hù)：DG的接入將會(huì)增加配電線路的短路電流，進(jìn)而影響上下游保護(hù)的故障判別能力?；谏鲜龇治隹芍?，采用分散接入的DG對(duì)短路電流的增量可控制在0.545kA以下，對(duì)保護(hù)的整定值影響很小;而采用專線接入的DG將對(duì)保護(hù)的整定值有很大影響。(3故障定位：對(duì)于基于FTU的故障定位隔離技術(shù)，若未引入DG，發(fā)生故障時(shí)可通過(guò)任意兩個(gè)相鄰遙測(cè)點(diǎn)的電流大小來(lái)判斷故障點(diǎn)，即兩點(diǎn)均有或無(wú)短路電流，則故障點(diǎn)不在兩點(diǎn)之間，否則故障點(diǎn)在兩點(diǎn)之間;若線路中引入DG，則線路中的某些區(qū)段變?yōu)殡p端電源供電，上述故障處理方法將不再適用，因此需要通過(guò)兩個(gè)相