浅谈分布式发电及其对配电网的影响

刘笑晗 贾志军 彭中锋 董星亚 苗宏

【摘要】本文作者在阐述分布式发电的概念和含义的基础上，首先介绍了分布式发电的优点，其次从对电压的影响、对继电保护的影响、对配电网规划的影响等三个方面详细介绍了分布式发电对配电网的影响。

【关键词】分布式发电；配电网；影响

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：

引言

20世纪中后期，随着发电和输配电技术的全面进步，建造大型电站成为新的选择，集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统成为电能生产、输送和分配的主要方式。到20世纪90年代,全球性的电力改革浪潮宣告了一个新的电气时代的诞生，即采用大电网和分布式发电（Distributed Generation）相结合以节省投资，降低能耗，提高电力系统的可靠性和灵活性。

分布式发电DG（Distributed Generation）是指直接配置在配电网或负荷附近的发电设施经济、高效、可靠的发电。DG可以包含任何安装在用户附近的发电设施而不论这种发电形式的规模大小和一次能源的类型。

1分布式发电的优点

1.1 经济性好

由于分布式发电的一次能源大多为无成本的自然资源和废弃资源的回收利用,如风力发电、光伏电池、余热发电和热电联产等,能够显著降低发电成本,提高能源利用效率,具有较好的经济性。

1.2 提高可靠性

当大电网出现故障时,分布式发电系统仍能保持正常运行,因此可提高对局部负荷供电的可靠性。

1.3 具有调峰作用,减小电网发展压力

分布式发电一般接入负荷中心,能够减小各终端变电站母线的等值负荷,从而缓解对电力系统功率传输的需求,在土地资源十分紧张的形势下,减小了电网发展的压力和困难。

1.4 投资省,建设周期短

分布式发电的装机容量小,靠近负荷且不需要建设变配电站,总体投资小,建设周期短,既避免了过大投资的风险,又能够很快建成以满足负荷发展需求。

1.5 有利于环境保护

分布式发电往往采用太阳能、风能等清洁的可再生能源,可以有效地减少有害物质的排放,有利于资源和环境保护。

2分布式发电对配电网的影响

分布式发电的接入使配电网中各支路的潮流不再是单方向的流动,因此分布式发电的引入必然给整个电网带来深刻的影响。除了各种分布式发电形式的技术本身还有待于进一步研究和完善外,从与传统电网连接的角度,分布式发电接入配电网运行还面临如下的问题。

2.1对电压的影响

电压维持在规定范围内才能保证电能质量。配电系统的调压规则是以潮流从变电站流向用户为基础的,但在分布式电源接入电网之后,配电系统从放射状结构变为多电源结构,潮流的大小和方向有可能发生巨大改变,从而使电力系统中某些部分的电压也发生变化。分布式电源接入配电网后会影响系统电压的变化,使其增大或减小,主要通过两种方式:

(1)分布式发电与当地的输出量增加(或减小),此时分布式发电将抑制系统电压的波动;(2)分布式发电不与当地的负荷协调运行,如对利用自然资源的影响很大,一般很难控制,所以这类分布式发电很难与当地的负荷协调运行,此时分布式发电将增大系统电压的波动。

此外,传统配电网一般呈辐射状,在稳态运行状况下沿馈线潮流方向,电压逐渐降低。接入分布式发电后,在稳态运行情况下(视负荷恒定不变),由于馈线上的传输功率减小以及分布式发电输出的无功的支持,使得沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高,电压被抬高多少与接入的分布式发电的位置以及总容量的大小有关。

基于以上分析可知,分布式发电接入配电网后会对配电网的电压产生很大的影响,传统的电压控制方式可能不再适用。因此,如何改造原有的各类控制装置,使其适应分布式发电的接入,将是我们面临的实际问题。

分布式发电影响配电网电压控制主要有以下几点因素: (1)现有的自动电压控制器通过控制无源配电网(几乎没有发电机存在)电压幅值的大小而工作的; (2)分布式发电位于偏远地区,远离主变电站,在主变电站实现电压控制较困难;如变电站到发电机之间的线路阻抗大、负荷密度低,电压控制甚至不能实现; (3)如果接于馈电线的分布式发电容量额定值大于馈电回路的总负荷量,通过降压变压器的潮流将反向,致使变压器低压侧成为电源; (4)分布式发电的类型(同步机、异步机)及运行条件影响电压控制。

2.2对继电保护的影响

分布式发电接入配电网后,辐射式的网络将变成一个遍布电源和用户互联网络,潮流也不再单向地从变电站母线流向各负荷。配电网的根本性变化使得网络各种保护定值与机理发生了深刻变化。故障发生时为确保保护装置正确动作,应切断电网中的分布式电源。从而引发以下问题:(1)过电流故障的切除与分布式发电的切断在时限上的配合; (2)自动重合闸开断时间间隔内,确保分布式发电快速切断; (3)在架空线和地下电缆的混合线路中切断分布式发电,变压器空载运行,电缆对地电容与变压器的线圈发生铁磁谐振,产生不规则的高电压、大电流,严重威胁线路的电力设备。

2.3对配电网规划的影响

分布式发电给配电网规划所带来的影响主要概括为以下几个方面:

(1)分布式发电的出现会使电力系统的负荷预测、规划和运行与过去相比有更大的不确定性。大量的用户安装分布式发电为其提供电能,使得配电网规划人员更加难于准确预测负荷的增长情况,从而影响规划。

(2)规划问题的动态属性同其维数密切相联,若在出现许多发电机节点,使得在所有可能的网络结构中寻找到最优的网络布置方案更困难。

(3)对于想在配电网安装分布式发电的用户或独立发电公司,他们与想维持系统现有的安全和质量水平不变的配电网公司之间的冲突。为了维护系统的安全、稳定的运行,必须使分布式发电能够接受调度,要实现该目标,通过电力电子设备对其进行需要的控制和调节,将分布式发电单元集成到现有的配电系统中,这不但需要改进现有的配电自动化系统,还要由被动到主动(电压调整、保护政策、干扰和接口问题)地管理电网。

(4)分布式发电机组类型及所采用能源的多样化,使得如何在配电网中确定合理的电源结构、如何协调和有效地利用各类型的电源成为迫切需要解决的问题。

3结论

分布式电源同配电网并网运行,能够充分发挥分布式发电机组的优势,提高能源利用率,减少污染物的排放,降低配电网网损,提高供电可靠性,目前许多国家和地区都提倡分布式电源并网运行。但是随着分散发电的不断发展,对电力系统的影响也日益明显,特别是对电网安全、继电保护、电网规划和设计等影响较为显著。已有经验表明,这些问题完全可以通过技术水平的提高和技术手段的改善解决,应该尽快开展针对性的科研开发,使分布式发电并网有章可循,从而促进我国分布式发电的快速发展。

参考文献

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