分布式电源并网调控存在的问题及措施

郭尧顺 郑思捷

国网陕西省电力有限公司延安供电公司 陕西 延安 716000

引言

由于传统能源不可再生，新能源被越来越多地应用到生产活动中来。考虑到分布式电源具备间歇性以及不确定性，同时受到外部光照影响的程度较高，这在一定程度上提升了分布式电源并网及调控的难度系数。为了全面发挥分布式电源的效果，顺应分布式发电的发展态势，应把它们一同并入到传统配电网中运作。分布式电源并网，可以大大地优化当下电网系统的整体架构，但也会影响到配电网的运作情况，使电网运作愈发烦琐，引发一系列的不良问题。因此，应深入探讨分布式电源并网调控所面临的问题，并提出针对性的解决措施，这对于推动分布式电源与电网的协调发展、提高电力系统的整体效能具有重要意义。

1 分布式电源并网的背景分析

随着全球能源结构的持续优化和清洁能源的大力推广，分布式电源作为其中的重要组成部分，该项技术日益受到广泛关注。然而分布式电源在并网过程中，由于其自身的间歇性和不确定性等特点，给电网的稳定运行带来了新的挑战。例如电压波动、谐波污染、孤岛效应等问题，严重威胁着电力系统的安全与经济运行。此外，分布式电源的并网还可能引发谐波污染、孤岛效应等安全隐患。因此对分布式电源并网调控进行深入研究，探索有效的并网控制策略和管理方法，对于保障电力系统的稳定运行、提高分布式电源的利用效率、促进清洁能源的推广应用具有重要的理论意义和实践价值。同时，随着智能电网技术的不断发展，分布式电源并网调控也将面临更多的机遇和挑战，需要不断创新和完善相关的理论和技术体系[1]。

2 分布式电源并网调控存在的问题分析

新能源分布式发电并网运行会产生新的问题。配电网从单电源变成双端甚至多端网络，这种变化改变了电网的稳态运行、机理，以及各种保护定值。随着新能源分布式发电并网的迅猛发展，保护系统设计整定值因负载变化而发生改变。

2.1 分布式发电影响故障电流

新能源分布式发电并网运行，故障时电力保护装置系统会快速跳断，继电器即时检测到实时故障电流值对继电保护装置很重要。一条10kV带DG的配网线路如图1所示。

图1 10kV带DG配网线路

a点故障短路，电网电流为Inw，来自分布式发电的电流为Idg，总的短路故障电流为：

继电器工作范围是指继电器在一定的阻抗域内实现动作的最大短路距离，对应最大短路阻抗测量。计算出在故障短路情况下，继电器K的测量电压为：

式中：Z23为B1母线与B2母线间阻抗； Z3a为B2母线到短路故障点阻抗。

由于B2母线处有T结进线，增加电压，继电器K能测量到的阻抗：

继电器实测阻抗变大，监测短路距离增加，另一区域短路距离和要求应有更快时间触发继电器。继电器监测来自电网的短路电流Inw，继电器K能监测到实际故障部分短路电流，此时保护动作，开关不会跳闸，尤对于高阻抗的短路，反时限过电流保护在设定时间内不动作，这是发生事故危险的根源[2]。

故障发生在母线B2处时，分布式电源产生的电流与通过继电器电流形成反方向，继电器受到反向电流方向会影响设备正常运行。

通过上述分析得知，DG不仅影响短路电流的幅值、方向和持续时间（间接地），而且也会影响反时限过电流作用的结果。

2.2 分布式发电影响自动重合闸（ZCH）装置的可靠动作

新能源分布式发电并网运行后，并网变与系统之间配网线H L变为分布式发电的并网联络线，如图2所示。

图2 并网联络线HL故障等值电路图

003开关重合闸（ZCH）不是普通重合闸条件，线路是无压自动重合闸方式。H、L线路瞬时故障，保护A和保护B分别跳开003和113开关，H、L线路失压，003处线路自动重合闸（电压为0）。继电保护B整定值设置变动困难，两级保护装置无法快速跳断113开关，发电与并网分离后，仍向电网供电，变成由新能源分布式发电独立供电的电力孤岛。

H、L线路始终有电压，003 开关无法自动重合闸，直到分布式发电被拖垮，113欠电压跳闸，此时重合闸的允许时间已过，导致重合闸不成功。

2.3 分布式发电影响母联备自投(BZT) 装置的可靠动作

防止发电非同期并网，简单的母联备自投已不适用，母联开关需要检同期自投。双回路供电如图3所示。112、113为进线开关，110为母联开关，分布式发电DG通过厂内10kVⅡ段母线并网运行[3]。

图3 220kV带DG一次系统图

当线路2发生故障时，线路保护跳断113，110母联开关自投。当分布式发电有功不足，使供电单电源电力孤岛瞬间与线路1不同步，不满足110的同期条件，导致母联开关自投装置不能可靠动作。用电企业不具备跳113开关有效保护，母联开关无法自投。通过企业事故调查，线路发生故障时，母联自投孤岛并网的成功率差。

2.4 分布式发电影响线路保护的可靠动作

为提高线路首端的零序保护灵敏度，2#主变压器的中性点一般直接接地或通过电阻接地；10kV侧投运分布式发电电源，最大运行方式是防止线路2断路接地时产生的过电压影响变压器等设备安全，2#主变高压侧投入零序过电流保护。低压侧配电网络变化，零序保护的范围实时相应发生变化，实现零序保护动跳旳选择性，003保护A的灵敏度大降，如图3所示。分布式发电并网后，003开关旳原有距离、零序保护定值维持不变。113开关的距离、零序保护装置可能拒动。原因是H、L线发生故障时，分布式发电并网变阻抗过大，在最小运行方式下，故障点的短路电流很小，距离保护和零序保护的起动元件灵敏度不合要求，113开关的保护拒动，003处无法自动重合闸，110无法同期自投。

2.5 事故案例

事故案例1：制冷设备厂光伏发电新能源公司10kV电缆短路故障，继电保护装置故障未动作，户外自动开关装置故障未动作，发生越级跳闸事故。

事故案例2：10kV鑫峰特钢配电室1600kVA变压器投运，电气故障越级跳闸，110kV改变重合闸（ZCH）失败，高压电气设备间隔击穿，继电保护装置故障拒动，大面积停电。

3 问题的解决措施

电网电气故障，误操作或自然灾害等原因中断供电；DG成供电孤岛，孤岛效应增加对电网及需求侧用户影响，重新恢复供电相位不同步时冲击电网，电力孤岛供电电压，频率不稳定；负荷电压闪变，负载不对称，影响电压质量。分布式发电系统并网后，故障时配电网继电保护运行条件发生改变，原线路保护定值不能满足电网的要求[4]。因此特提出两套线路保护装置配置方案。第一套是具备敷设光缆条件线路，采用纵差保护作为线路主保护，原距离保护和零序保护作为后备保护。第二套是较长线路，且不具备敷设光缆条件时，采用纵差保护作为线路主保护，零序保护作为后备保护。

接有DG的电网部分发生孤岛运行时，脱网运行如图3所示。当113开关断开，而110、600开关未合，此时企业的Ⅱ段线路变成孤岛。新能源分布式发电系统不配备电压控制能力，并网电源频率不稳定。有功功率不平衡发生频率改变，功率小，孤岛崩溃。简述发生孤岛电源幅值频率运行时变化。

有功功率不平衡旳频率变化率函数描述：

式中：PDG为DG的有功功率；P1为孤岛负荷有功功率；fs为发生孤岛运行前的频率；Sn为发电机的额定功率；H为发电机的惯性常量。

孤岛独立运行关键是有功功率旳变化。电力负荷平衡后发电机组的出力大于孤岛负荷的有功功率，确保孤岛的独立运行，孤岛脱网后，其频率的变化取决于负荷情况，做好负荷平衡，完成自投母联开关装置。自投装置不成功，对孤岛独立运行做自动或人工并网操作。

4 分布式电源并网调控发展建议

4.1 高度重视分布式电源项目

在实际运作的前期，可研审批管理供电单位要系统考量配电网结构以及范围、运作安全性和电网改造费用等多重因素，进而给出科学的渗透率指标，明确各范围内分布式电源并网规模的最大值，进而将之作为分布式电源发展的限制性指标，仔细控制分布式电源接入电压等级、联结形式、首个落点选取等电网联结节点，如此一来就能够防止分布式电源因方针变化而诱发的不稳定现象。除此之外，还需要科学规划布局分布式电源并网点，在契合电网安全性标准的前提条件下，确保电力资源能够被顺利提供。

4.2 优化分布式电源的接入系统

在设计系统方案的过程中，需要注意如下几点：首先，相关人员要明晰单位电网现有分布式电源的布局状况及体量；接着要熟悉配电网和配电线路每年负荷情况、最大的承载水平；最后再进一步探寻分布式电源的建设方位、体量和用电属性。为了确保输出分布式电源较少地干扰上一级电网，此时需要严格遵循《分布式电源接入电网技术规定》，确保分布式电源体量低于上级变压器供电最大承载值的1/4。

4.3 强化分布式电源并网验收管控力度

并网验收作为单位核查分布式电源工程是否合理，属于并网前把关质量的重要一环，在验收过程中，相关人员要着重核查分布式电源并网点有无安置具有断开点的并网断开设施，同时还要帮助电力设施养护工作者及时发现装配的方位，着重核查分布式电源的并网装置及分布式电源装配方位的安全间隔有无符合标准；仔细查看分布式电源周边有无安置安全标识，避免发生不良触电事件。值得注意的是，倘若验收不过关，此时就要及时更改方案和推进周期，同时展开复查。只有牢牢把关，方可确保并网后电源、电网安全顺利运作[5]。

4.4 强化分布式电源并网后的运作及电网检修管控力度

严格实施分布式电源实地检修项目，通过在并网点上安置可封闭且具备显著断开点的并网开断设备，同时还有防孤岛运作设施，大幅度提升分布式电源并网检修的运作效率。与此同时，还应该更深层次地整合导入至分布式电源的配电网检修运作活动中，同时还要进一步规范电源电站配合执行流程，保证在平时维护检修过程中各项设施以及人员的安全性。

5 结束语

综上所述，本研究对分布式电源并网调控的多个方面进行了深入探讨，包括项目重视程度、接入系统优化、验收管控和运作及电网检修管控等。研究结果表明，要实现分布式电源的可持续发展，必须重视其在电力系统中的合理规划布局，优化接入系统，加强并网调控技术和安全防护措施。同时，应加强分布式电源并网后的监测和检修工作，确保电网和分布式电源的安全稳定运行。