王波，陳蓓蓓，殷勤

（國網江蘇省電力公司蘇州供電公司，江蘇蘇州215000）

分布式電源接入電網相關問題研究

王波，陳蓓蓓，殷勤

（國網江蘇省電力公司蘇州供電公司，江蘇蘇州215000）

開發(fā)利用新能源是環(huán)境治理和生態(tài)保護的客觀要求，也是滿足人類社會可持續(xù)發(fā)展需要的選擇。伴隨著國際上“低碳經濟”理念的提出，我國也順應客觀形勢，提出了“節(jié)能減排”的發(fā)展規(guī)劃和目標。分布式發(fā)電作為一種依托于新能源發(fā)展起來的發(fā)電模式，以其靈活、環(huán)保和高效的特性，受到了人們越來越多的關注和重視。近年來，國務院各部委為鼓勵分布式電源建設制訂了多項政策，明確了要積極開拓分布式發(fā)電應用市場、加快產業(yè)結構調整和科技進步、規(guī)范產業(yè)發(fā)展秩序、加強并網管理和服務、完善支持政策等措施。

各級政府也大力推動光伏等分布式電源發(fā)展。截止2015年8月，蘇州地區(qū)已建成分布式發(fā)電項目257個，裝機容量177.77 MW，裝機容量占全省的比例達16.2%。分布式電源，特別是分布式光伏，已經成為蘇州地區(qū)發(fā)電資源的重要組成部分。但由于分布式發(fā)電資源分散、項目容量小、發(fā)電類型多樣、發(fā)電出力具有波動性和間歇性等特點，分布式發(fā)電技術的使用將會對配電網的規(guī)劃、運行、檢修、電能質量、繼電保護和電能計量產生影響。本文首先對分布式電源，尤其是分布式光伏發(fā)電做了簡要介紹，然后指出分布式電源接入配電網帶來的相關問題和解決方案，最后介紹了含多種分布式電源的微電網，作為解決分布式電源接入相關問題的一種途徑。

1 分布式電源

分布式電源是指在用戶所在場地或附近建設安裝、運行方式以用戶側自發(fā)自用為主、多余電量上網，且以配電網系統(tǒng)平衡調節(jié)為特征的發(fā)電設施或有電力輸出的能量綜合梯級利用多聯(lián)供設施，包括太陽能、天然氣、生物質能、風能、地熱能、海洋能、資源綜合利用發(fā)電等?？蛻魝确植际诫娫吹牟⒕W點在客戶側配電網內部，通過客戶與電網的公共連接點接入公共電網。分布式電源所發(fā)電量的消納模式一般為“自發(fā)自用、余電上網”、“全部自用”和“全部上網”3種。由于光伏發(fā)電具有轉換效率高、儲量豐富、建造和拆除方便等特點，分布式光伏發(fā)電已經成為蘇州地區(qū)分布式電源的主要形式。圖1為客戶側分布式光伏發(fā)電接入電網示意圖。

圖1 客戶側分布式光伏發(fā)電接入電網示意圖

分布式光伏發(fā)電采用光伏組件，將太陽能直接轉換為電能。它是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式。它倡導就近發(fā)電、就近并網、就近轉換、就近使用的原則，不僅能夠有效提高同等規(guī)模光伏發(fā)電站的發(fā)電量，同時還有效解決了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題。目前應用最為廣泛的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要建在廠房屋頂或企業(yè)廠區(qū)閑置地面。

由于光伏發(fā)電功率受光照強度、環(huán)境溫度等因素的直接影響，具有天然的波動性，光伏電源在同一天的不同時段和一年的不同季節(jié)和天氣情況下發(fā)電功率和發(fā)電量有明顯波動。圖2為蘇州某非自然人光伏項目2015年各月發(fā)電量?？梢钥吹?，該分布式光伏項目在2月份的發(fā)電量為6萬kWh，光照充足的5月份其發(fā)電量超過了16萬kWh。

圖2 蘇州某非自然人光伏項目2015年各月發(fā)電量

2 分布電源接入對配電網產生的影響及應對措施

分布式電源接入配電網后，使傳統(tǒng)的單電源輻射狀網絡變成了一個多源網絡。配網潮流的大小和方向有可能發(fā)生顯著改變，且由于其發(fā)電功率的不可控波動，將對配電網的規(guī)劃、運行、檢修、電能質量、繼電保護和電能計量產生影響。

2.1 對電網規(guī)劃的影響

負荷預測是電網規(guī)劃設計的基礎，能否準確地預測負荷是電網規(guī)劃的前提條件。分布式電源接入電網，加大了其所在區(qū)域的負荷預測難度，改變了既有的負荷增長模式。

將分布式電源發(fā)展納入電網規(guī)劃，通過統(tǒng)計各個臺區(qū)分布式電源滲透率，分析區(qū)域分布式電源接入情況，預測分布式電源發(fā)展，在制定電網規(guī)劃時充分考慮分布式電源的發(fā)電消納問題。在配電網電源規(guī)劃時，需考慮接納光伏電站的發(fā)展要求。例如在小水電豐富、太陽輻照強的地區(qū)可以大力發(fā)展光伏。而主要以火電為主的配電網，發(fā)展光伏電站時需配儲能設備或燃氣發(fā)電機，協(xié)調各類電源比例。

2.2 對電網運行的影響

以分布式光伏發(fā)電為例。由于分布式光伏發(fā)電功率的不確定性，大規(guī)模分布式光伏發(fā)電迫使電網短期負荷預測準確性降低，增加了傳統(tǒng)發(fā)電和運行計劃的難度，斷面交換功率的控制難度加大。加之光伏發(fā)電調峰能力極差，且隨著光伏穿透功率的增加系統(tǒng)內的峰谷差將成倍增加。分布式的光伏發(fā)電系統(tǒng)接入公共電網，電源點分散，單點規(guī)模小，顯著增加了電源協(xié)調控制的困難，常規(guī)的無功調度及電壓控制策略難以適應，將可能在電網調峰、安全備用、電壓穩(wěn)定和頻率安全穩(wěn)定等方面帶來影響。

為了解決這個問題，一方面，可以開展光伏發(fā)電功率預測，研究光伏與其他電源的統(tǒng)一規(guī)劃和協(xié)調控制技術，以及提高光伏電站自身功率可控性的智能控制技術。另一方面，可為光伏電站配備一定比例的儲能裝置，既可彌補光伏發(fā)電功率預測的誤差，又可平滑功率輸出。在遵循光伏等新能源優(yōu)先調度的前提下，實現(xiàn)全網電源的自動發(fā)電控制，既確保電網的頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定，又盡最大可能多接納光伏發(fā)電。

2.3 對電網檢修的影響

若公共電網由于故障解列停電，而分布式電源沒有相應的檢測手段，依然向電網供電，就會造成與孤島地區(qū)相連的用戶供電質量受影響。非計劃孤島也會威脅電力維修人員安全。孤島電網與主網非同步重合閘造成操作過電壓，單相分布式發(fā)電系統(tǒng)會造成系統(tǒng)三相負荷欠相供電。

為了防止非計劃孤島的發(fā)生，就需要運用更好的孤島檢測方法，優(yōu)化孤島現(xiàn)象檢測排除方法。現(xiàn)有的孤島現(xiàn)象檢測方法可以分為3大類：被動檢測方法、主動檢測方法和故障信號監(jiān)測方法。被動式方法利用電網斷電時逆變器輸出端電壓、頻率、相位或諧波的變化進行孤島效應檢測，但當光伏系統(tǒng)輸出功率與局部負載功率平衡，該方法將失去孤島效應檢測能力。主動式孤島檢測方法通過控制逆變器，使其輸出功率、頻率或相位存在一定的擾動，但電網正常工作時難以檢測微小擾動。故障信號監(jiān)測方法一旦電網出現(xiàn)故障，逆變器輸出的擾動將快速累積并超出允許范圍，從而觸發(fā)孤島效應檢測電路，該方法檢測精度高，但是控制較復雜且降低了逆變器輸出電能的質量。目前并網逆變器的反孤島策略都采用被動式檢測方案加上一種主動式檢測方案相結合。

2.4 對電能質量的影響

分布式光伏接入的重要影響是造成饋線上的電壓分布改變，其影響的大小與接入容量、接入位置密切相關。光伏發(fā)電一般通過逆變器接入電網，這類電力電子器件的頻繁開通和關斷，容易產生諧波污染。

為防治諧波污染，就需要在項目規(guī)劃階段配置相應的電能質量監(jiān)測和治理裝置。光伏電站應該在并網點裝設滿足IEC 61000—4—30《電磁兼容第4—30部分試驗和測量技術—電能質量》標準要求的A類電能質量在線監(jiān)測裝置。公共連接點的諧波電壓應滿足GB∕T 14549—1993《電能質量公用電網諧波》的規(guī)定。

2.5 對繼電保護的影響

我國的配電網大多為單電源放射狀結構，多采用速斷、限時速斷保護形式，不具備方向性。這種保護方式在配電網中接入分布式電源后，其注入功率會使繼電保護范圍縮小，不能可靠地保護整體線路，甚至在其他并聯(lián)分支故障時，引起安裝分布式電源的繼電保護誤動作。

將距離保護用于分布式電源接入的配電網可以解決三段式電流保護的靈敏度下降問題。而且，距離保護的繼電器本身具備方向特性，可以避免由于分布式接入，反方向電流造成的誤動。

2.6 對電能計量的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網，改變了原來電網到負荷的那一刻的功率潮流分布，傳統(tǒng)的單向電能計量方式已不再適用。因此需將原有的電能計量模式由單向改為雙向計量模式。此外，一方面分布式光伏發(fā)電站并網計量點的選取與配置對并網發(fā)電和計量服務也有一定的要求；另一方面，由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本仍然較高，如何在計量系統(tǒng)中合理地反映電價差別，也需重新考慮。

3 含多種分布式電源和儲能的微電網

分布式電源利用了風、光、水等可再生自然能源，且發(fā)電過程不會產生大量的有害物質，其發(fā)電成本低，對環(huán)境的污染小。同時，分布式發(fā)電規(guī)模小，安裝方便靈活，一般接入配網，可以提高對用戶供電的可靠性。但由于分布式電源大多通過變流器并網，單個分布式電源接入系統(tǒng)成本較高。同時，由于風機和光伏發(fā)電等間歇型電源的功率會受到風速和光照強度變化的影響而出現(xiàn)波動，其輸出功率波動會給配電網帶來不利影響。根據(jù)標準IEEE1547的規(guī)定，當分布式電源所接入的大電網發(fā)生故障時，分布式電源必須退出運行。這就限制了可再生能源的利用，不利于分布式能源效能的充分發(fā)揮。為了解決分布式發(fā)電接入電網時遇到的問題，并充分發(fā)揮可再生能源對于提高用戶供電可靠性和多樣性、作為傳統(tǒng)電網有益補充的重要作用，微電網的概念于本世紀初被國內外學者紛紛提出。圖3為典型的微電網結構圖。

圖3 典型的微電網結構圖

微電網是指由小規(guī)模的分布式電源、能量轉換裝置、儲能裝置與負荷組成的小型電力系統(tǒng)。在特定的控制策略的作用下，微電網可以運行于并網與孤島2種狀態(tài)，并在這2種運行狀態(tài)之間實現(xiàn)平滑切換。對于配電網，微電網是一個可調度的電源或負荷，能及時響應配電網的功率控制指令；對于負荷，微電網是一個可定制的電源，可以實現(xiàn)用戶對于供電的高可靠性和多樣化需求。在并網運行時，可以作為大電網的有益補充；孤島運行時，可以保證對于重要負荷的連續(xù)供電。微電網的研究與發(fā)展，對電力系統(tǒng)和用戶都有著重要意義。

微電網能夠解決間歇型微電源的并網問題。風機、光伏等間歇型分布式電源的功率隨著風速、光照等條件變化，它們的發(fā)出功率也出現(xiàn)較大波動，給配電網消納帶來問題。微電網通過引入儲能與控制系統(tǒng)的作用，與間歇型微電源形成互補，可以消除間歇型微電源引起的功率波動，解決配電網對于間歇型能源的消納問題。微電網并網運行時，也可以為其所接入的配電網提供備用。通過對微電網的合理調度，可以讓微電網發(fā)揮系統(tǒng)備用的作用，通過調動分布式電源、儲能及可調度負荷來進行輔助調峰，優(yōu)化電網運行的經濟性。微電網的接入，還能提高大電網的抗災變能力。在傳統(tǒng)的電網結構下，大電網出現(xiàn)災變性事故后是很難保障對于重要負荷的持續(xù)供電的，也不能對應急電源提供可靠供電。而微電網可以在大電網出現(xiàn)災變性事故時由并網轉入孤島運行，實現(xiàn)對于重要負荷的連續(xù)供電，提高大電網的抗災變能力。微電網的發(fā)展也有利于為偏遠山村和孤島地區(qū)供電。對于一些大電網供電難以覆蓋到的偏遠山村和孤立海島，可以利用當?shù)刈匀毁Y源和條件，建立長期孤島運行的微電網，形成一個自治的發(fā)供電系統(tǒng)，解決當?shù)赜秒妴栴}。此外，微電網中的分布式電源大多都是風能、太陽能等可再生能源，對于環(huán)境的污染小，可再生能源廣泛接入微電網，對于減少環(huán)境污染也有重要作用。

4 結束語

隨著可再生能源發(fā)電技術的不斷發(fā)展和發(fā)電規(guī)模的不斷擴大，分布式電源在未來的能源結構中必將占據(jù)越來越重要的位置，其接入電網產生的問題也將日益凸顯。作為解決分布式電源并網產生的一系列問題，提高分布式電源發(fā)電效益的重要技術手段，含多種分布式電源和儲能的微電網將以其技術優(yōu)勢得到迅速發(fā)展。D

Researchonproblems related to distributedgeneration interconnecting togrid

WANG Bo,CHEN Bei?bei,YIN Qin
（Suzhou Power Supply Company,State Grid Jiangsu Electric Power Company,Suzhou 215000，China）

10.3969∕j.issn.1009-1831.2017.S1.021

2017-02-13