【關(guān)鍵詞】分布式新能源；配電網(wǎng)；影響

前言

分布式新能源接入對配電網(wǎng)整體運行的影響是當(dāng)前電力行業(yè)面臨的重要問題之一。隨著可再生能源的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，分布式新能源的應(yīng)用范圍越來越廣泛，雖然給配電網(wǎng)整體運行帶來了挑戰(zhàn)，但同時也帶來了很多機(jī)遇。深入探究分布式新能源接入對配電網(wǎng)整體運行的影響具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值，有助于我們更好地了解分布式新能源的特性和規(guī)律，優(yōu)化配電網(wǎng)的規(guī)劃和調(diào)度，提高能源利用率，推動電力行業(yè)的長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展。

一、分布式新能源接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)運行特性的影響

分布式新能源的接入對配電網(wǎng)運行特性產(chǎn)生了多方面的影響：

（一）對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

分布式能源（DERs）（如光伏（PV）和風(fēng)能系統(tǒng)）是現(xiàn)代能源領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)，它們在能源供應(yīng)中扮演著越來越重要的角色。這些系統(tǒng)具有獨特的優(yōu)勢，實現(xiàn)了能源利用的更高效率和可持續(xù)性。此外，當(dāng)DERs的發(fā)電量超過本地需求時，它們可以向配電網(wǎng)注入電力，幫助提高系統(tǒng)的電壓水平。通過智能控制和優(yōu)化管理，DERs甚至可以在電壓過低或過高時自動提供相應(yīng)的電壓支持，從而改善整個配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)功能。

（二）對系統(tǒng)負(fù)荷特性的影響

分布式新能源的接入確實改變了配電網(wǎng)的負(fù)荷增長模式，也增加了負(fù)荷預(yù)測的不確定性[1]。這主要因為分布式新能源，特別是風(fēng)能和太陽能，其發(fā)電功率受自然條件的影響較大。由于天氣條件的變化具有隨機(jī)性和不可預(yù)測性，因此這些新能源在功率輸出時存在較大的波動性和不確定性，這種不確定性反映在配電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測上，導(dǎo)致預(yù)測的難度加大，從而使預(yù)測的精度降低。當(dāng)大量的分布式電源接入配電網(wǎng)時，傳統(tǒng)的基于歷史數(shù)據(jù)的負(fù)荷預(yù)測方法可能無法準(zhǔn)確反映未來的負(fù)荷變化情況。

（三）對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響

分布式新能源通常接入配電系統(tǒng)的末端，與電力用戶的用電設(shè)備直接相連，使得配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無疑為尋找最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)布置方案帶來了難度和挑戰(zhàn)。

（四）對系統(tǒng)可靠性的影響

當(dāng)分布式電源作為備用電源使用時，它可以在電網(wǎng)供電能力不足的條件下發(fā)揮重要作用。通過向外送電，DERs有助于緩解配電網(wǎng)的過負(fù)荷和堵塞問題，從而增加配電網(wǎng)的裕度。這樣的運行方式可以增強(qiáng)配電網(wǎng)的可靠性，減少對主網(wǎng)的依賴，并在主網(wǎng)發(fā)生故障時提供電力支持。

（五）對系統(tǒng)安全的影響

分布式新能源的接入增加了配電網(wǎng)的安全風(fēng)險。由于新能源發(fā)電設(shè)備大量使用電子元件，如逆變器、變頻器等，這些設(shè)備在運行過程中可能會產(chǎn)生電磁干擾。這種干擾可能對配電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置、自動化設(shè)備等產(chǎn)生影響，甚至可能導(dǎo)致其誤動作或失效。

二、分布式新能源接入對系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測的影響

由于分布式新能源的輸出功率受到自然條件的直接影響，其發(fā)電量的不確定性是一個顯著的問題。這種不確定性源于諸如光照強(qiáng)度、太陽輻射角度、云層覆蓋、風(fēng)速和溫度等自然因素的變化。這些因素都是不可預(yù)測的，導(dǎo)致分布式新能源的發(fā)電功率輸出波動性比較大。

隨著分布式新能源接入并網(wǎng)容量的增加，負(fù)荷預(yù)測的難度也隨之增加。傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測方法基于歷史數(shù)據(jù)和趨勢分析，但在分布式新能源的情境下，這種方法的有效性受到了限制。

三、分布式新能源接入對系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響

（一）分布式新能源接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的影響

分布式新能源的接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)饋線上電壓分布的影響是一個復(fù)雜的問題，需要綜合考慮多種因素。

分布式電源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)中的同一個節(jié)點時，由于電源自身的容量比較大，同時該節(jié)點的短路容量得到增加，就會使得周圍的電壓分布不均勻，從而改變系統(tǒng)的整體電壓分布。這種情況就會導(dǎo)致一些區(qū)域電壓升高，而另一些區(qū)域電壓下降，影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。為了減小這種影響，可以考慮對配電網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)的改造和優(yōu)化。如重新規(guī)劃分布式電源的接入點位以及配電網(wǎng)系統(tǒng)中電源的容量，使整個系統(tǒng)電壓分布趨于平衡和穩(wěn)定；此外，還可以采取一些技術(shù)性措施，如無功補(bǔ)償、電壓調(diào)節(jié)等，來提高系統(tǒng)配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和可靠性。

（二）分布式新能源接入對系統(tǒng)配電網(wǎng)諧波的影響

分布式電源的并網(wǎng)轉(zhuǎn)換器在能量轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生電力諧波，這是由于電力電子設(shè)備（如逆變器）在運行時，其內(nèi)部開關(guān)器件的快速切換會引發(fā)電壓或電流的畸變，從而產(chǎn)生諧波。電力諧波會導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓或電流發(fā)生波形畸變，使得電力設(shè)備的正常運行受到影響，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備誤動作或失效。

配電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波受到分布式電源的接入位置和接入方式影響，當(dāng)其接入位置距離母線越近，那么該線路的整體諧波畸變就會越低；當(dāng)其接入位置距離母線越遠(yuǎn)，那么該線路的整體諧波畸變就會越高。究其原因是分布式電源的接入位置離母線越近，其在系統(tǒng)中所占的比例就越小，同時也就意味著其產(chǎn)生的諧波相對于整個系統(tǒng)的電流來說，所占的比例也越小，最終使得線路的整體諧波畸變降低。

分布式電源的接入改變了配電網(wǎng)的故障水平，使得配電網(wǎng)的故障處理變得更加復(fù)雜和困難。在設(shè)計和運行分布式電源接入的配電網(wǎng)時，需要充分考慮其可能帶來的各種影響，采取相應(yīng)的保護(hù)措施和管理策略，以確保配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

此外，多個諧波源還可能在系統(tǒng)內(nèi)激發(fā)高次諧波的功率諧振。這不僅會進(jìn)一步惡化電能質(zhì)量，還可能對配電網(wǎng)系統(tǒng)造成更大的危害。規(guī)劃和管理分布式新能源時，對其接入位置和總出力的考慮是至關(guān)重要的，這直接關(guān)系到配電網(wǎng)的電壓諧波畸變和電能質(zhì)量。

四、分布式新能源接入對系統(tǒng)繼電保護(hù)的影響

（一）我國配電網(wǎng)系統(tǒng)中現(xiàn)有的保護(hù)配置

電流保護(hù)：一般分為兩類，一個是電流速斷保護(hù)，另一個是定時限過電流保護(hù)。電流速斷保護(hù)的原理是通過短路電流的瞬間增大而啟動，及時切斷故障電流，以防止故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大[2]。定時限過電流保護(hù)的原理則是根據(jù)電流的大小和時間來判斷，從而有選擇性的切除故障電流，它允許一定量的過電流通過，并在達(dá)到整定值后切除故障。

電壓保護(hù)：電壓保護(hù)主要指通過合理的設(shè)計和配置，使得在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓時能夠及時檢測到，通過一系列防護(hù)措施對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，保障系統(tǒng)的安全性[3]。一般將電壓保護(hù)分為兩種：內(nèi)部過電壓保護(hù)和外部過電壓保護(hù)。

欠電壓保護(hù)：當(dāng)線路電壓降低到臨界電壓值時，保護(hù)電器會發(fā)出指令并及時做出切斷電源的動作，從而避免設(shè)備由于電壓過載而燒毀。

過電壓保護(hù)：主要是為了防止設(shè)備在電壓過高的情況下運行而采取的一種保護(hù)措施。當(dāng)電源電壓過高時，電氣設(shè)備可能受到損壞或出現(xiàn)故障，同時可能引起火災(zāi)等安全事故[4]。因此過電壓保護(hù)在整個電力系統(tǒng)中的作用非常重要。當(dāng)電源電壓過高時，過電壓保護(hù)裝置可以及時切斷電源或采取其他措施，以保護(hù)電氣設(shè)備不受損壞或降低損壞程度。

重合閘裝置：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，重合閘裝置可以在斷路器跳閘后并自動重新合閘恢復(fù)正常，它可以大大減少因電力故障導(dǎo)致的停電時間，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)實際需要，可以靈活選擇使用單相重合閘、三相重合閘或多次重合閘。

距離保護(hù)：距離保護(hù)是一種根據(jù)故障點到保護(hù)裝置的距離來做出動作的保護(hù)裝置，這種保護(hù)方式廣泛應(yīng)用于高壓和超高壓的輸電系統(tǒng)中[5]。它通常包括三個部分：啟動元件、測量元件和比較元件。啟動元件用于檢測系統(tǒng)中的故障，并在檢測到故障時向測量元件發(fā)送信號；測量元件負(fù)責(zé)測量故障點到保護(hù)裝置的距離，并根據(jù)這一距離值判斷是否應(yīng)該觸發(fā)跳閘；比較元件負(fù)責(zé)將測量元件得到的距離值與預(yù)定的整定值進(jìn)行比較，如果測量到的距離大于整定值，則比較元件會觸發(fā)跳閘命令，使斷路器跳閘，從而切除故障部分。

方向保護(hù)：方向保護(hù)是根據(jù)故障電流的方向來選擇性的切除故障的裝置。它通過比較故障電流的方向與整定方向來決定是否跳閘切除故障。

自適應(yīng)保護(hù)：自適應(yīng)保護(hù)是一種先進(jìn)的保護(hù)技術(shù)，它能夠?qū)崟r地適應(yīng)系統(tǒng)的變化和各種不同的故障情況，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保其始終與系統(tǒng)的實際需求相匹配。

（二）分布式新能源接入對配電網(wǎng)過電流保護(hù)的影響

過電流保護(hù)作為配電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要保護(hù)方式，主要通過檢測線路中的電流異常情況來動作，實現(xiàn)對主線路和相鄰線路的保護(hù)。在單電源放射型電網(wǎng)中，過電流保護(hù)被廣泛應(yīng)用。當(dāng)線路發(fā)生故障時，過電流保護(hù)能夠快速反應(yīng)并切除故障，以減小故障對整個系統(tǒng)的影響。

（三）分布式新能源接入對配電網(wǎng)重合閘的影響

瞬時性故障確實在配電網(wǎng)故障中占有相當(dāng)大的比例，這類故障通常是由系統(tǒng)中的瞬時性異常所引起，例如雷電、動物跨接等。這些故障通常不會對系統(tǒng)造成長期的影響，但如果不及時處理，仍可能對系統(tǒng)造成損害或?qū)е峦ｋ姟?/p>

自動重合閘技術(shù)在處理瞬時性故障中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。當(dāng)檢測到瞬時性故障時，自動重合閘能夠快速地重新閉合斷路器，嘗試恢復(fù)供電。自動重合閘技術(shù)在單側(cè)電源供電的單回線路環(huán)境中發(fā)揮的功效更為突出。由于這種線路結(jié)構(gòu)相對簡單，自動重合閘可以更加快速地響應(yīng)并嘗試恢復(fù)供電。此外，單回線路中如果發(fā)生故障，可能會導(dǎo)致整個線路的停電，此時自動重合閘的應(yīng)用可以顯著減少停電的次數(shù)和持續(xù)時間。

當(dāng)配電網(wǎng)中接入分布式新能源，如光伏、風(fēng)電等，線路的故障特性會發(fā)生變化，從而對自動重合閘技術(shù)產(chǎn)生新的挑戰(zhàn)。分布式新能源的接入可能會在系統(tǒng)故障后形成電力孤島。這些孤島與大電網(wǎng)失去聯(lián)系，并且它們的電壓和頻率可能會與大電網(wǎng)不同步。如果在這種情況下進(jìn)行非同期重合閘操作，即嘗試將孤島重新連接到大電網(wǎng)，可能會產(chǎn)生很大的沖擊電流或電壓。這種沖擊不僅可能損壞配電網(wǎng)設(shè)備，還可能對分布式新能源設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害。

五、分布式新能源接入對運行控制的影響

（一）對自動重合閘的影響

分布式新能源的接入使得線路中一直存在有壓狀態(tài)，這可能導(dǎo)致自動重合閘無法啟動。為了解決這個問題，可以采用具有電壓感知功能的自動重合閘裝置，當(dāng)線路電壓低于一定值時才啟動重合閘，以確保在有壓狀態(tài)下不會誤動作。

（二）對備自投裝置的影響

當(dāng)分布式新能源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)中后，如果系統(tǒng)中存在母線電壓，那么備自投裝置就可能無法滿足一種無電壓、無電流的環(huán)境條件，從而導(dǎo)致備自投裝置拒動。為了解決這個問題，配置低周、低壓解列裝置不失為一種有效措施，它們能夠在發(fā)生故障之后及時切斷分布式電源對于故障點的電流輸送，從而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定。

（三）對調(diào)度運行管理的影響

分布式新能源的接入使得配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行方式變得更加復(fù)雜，給調(diào)度運行管理帶來了挑戰(zhàn)。由于分布式電源的分散性和不確定性，調(diào)度人員難以實時監(jiān)控其運行狀態(tài)，也難以預(yù)測其對配電網(wǎng)的影響。這可能導(dǎo)致調(diào)度決策的延遲或誤判，影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

結(jié)語

大規(guī)模分布式新能源的接入對配電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測、潮流計算、保護(hù)整定和配置、調(diào)頻、調(diào)壓和調(diào)峰等方面都帶來了影響和挑戰(zhàn)。為了充分發(fā)揮分布式新能源的優(yōu)勢，需要深入研究其特性，優(yōu)化調(diào)度策略，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和改造，以確保配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行。同時，也需要加強(qiáng)政策引導(dǎo)和市場機(jī)制建設(shè)，促進(jìn)分布式新能源的健康發(fā)展。