分布式电源并网对电能质量的影响

　　王力 黄盛 崔洪铭 张洪浩
　　【摘 要】随着我国电力能源的日益紧缺，分布式电源的应用受到人们的广泛关注，分布式电源并网给电力系统提供了强有力的能源支持，但是其对于传统电网的影响也是极大的。基于此，本文对分布式电源并网对电能质量的影响进行分析。
　　【关键词】分布式电源；电源并网；电能质量；并网影响
　　分布式电源系统改变了我国传统的单电源辐射型配电网结构，但我国配电网短路水平、电压分布、无功功率、故障清除等方面也受到了较为深远影响，分布式电源引发的继电保护装置误动作问题近年来在我国各地的出现频率也不断提升，而为了尽可能抑制分布式电源并网对电力系统帶来的负面影响，提高电能质量具有重要意义。
　　一、分布式电源应用情况概述
　　在现代配电系统中，DG是通用化电源，其接入点比较多，配电网在其影响下会出现很多新的变化，其中最明显的是潮流分布变动，当配电网出现故障时，故障电流的实际的大小与流通方向会给传统化的配电保护模式带去影响，保护装置具有的灵敏度与选择性均会受到负面影响，DG电源自身也具有一些特殊的使用特点，其应用的控制策略并不固定，运行模式中也存在诸多的不可控因素，传统型的保护装置与DG电源的契合度比较低。基于DG电源的特殊使用要去，相关技术人员开发了很多保护方式，根据该电源的实际接入点，可以对配单系统进行区域划分，按照不同区域的具体运行特点来选定方案，坚持自适应保护原则来达到保护配电系统的工作目的，确保可以在配电故障问题形成时，立即进行定位与故障分析工作，使配电网保持更强的安全性。
　　二、分布式电源并网对电能质量的影响
　　（一）对配电网保护的影响
　　当配电网接入分布式电源后，配网结构将会发生变化，其次配电电流发生变化。当发生故障时，配电网中发生变化的有：短路电流大小；短路电流流向；短路电流分布。（1）故障点在分布式电源下端。电路中有DG1时，f2发生故障时，此时DG1中已有电流，通过断路器F2的短路电流值很大，比不含DG1时的电路中短路电流值大，很容易到达F2保护灵敏度，F2极易动作，所以这样的情况下发生故障时，断路器F2就会起副作用。DG1起到一种分流作用，断路器F1将无法断开保护电路，后段灵敏度减小，当短路电流小时断路器F2保护不起任何作用。（2）故障点在分布式电源上端。电路中有DG3时，f2发生故障时，将会有一个反向电流通过断路器F3，因为配网中没有电流导向元件，这种反向电流会引起F3误动作。（3）故障点在相邻馈线。当AD段拥有很多分布式电源，f4发生故障，通过断路器F5短路电流值很大，比不含分布式电源时的电路中短路电流值大，很容易到达F5保护灵敏度，F5极易动作。将会有个反向电流通过断路器F1，因为配网中没有电流导向元件，这种反向电流会引起F1误动作。
　　（二）对电压波动的影响
　　第一，输入能量变化及其它外界干扰。对于风电机组、光伏电池板等可再生能源发电系统，外界自然能源输入的变动是造成分布式电源输出功率变化的主要原因。为了提高分布式电源的发电效率，很多机组采用了最大功率追踪控制，而不是定功率控制，当外界资源条件发生变化时其输出功率必然随之变动。第二，不受电网控制的分布式电源起动和停运。分布式电源的起动和停运与自然条件、用户需求、政策法规、电力市场等诸多因素有关。分布式电源的调度和运行，往往由电源的产权所有者来控制，而分布式电源的产权所有者往往不是电网公司，而是用户自己或者其它经营主体。这样就可能出现分布式电源随机启停甚至频繁起停的情况。第三，输入能量变化及其它外界干扰。对于燃料电池、微型燃气轮机、柴油发电机组等输入燃料流量可控的分布式电源来说，输入能量是基本恒定的，一般不会因为输入能量的波动造成输出功率的明显变化。
　　三、分布式电源并网提高电能质量的有效措施
　　（一）分布式电源配电网的安全策略
　　第一，在分布式电源上游出现永久性故障时，系统和分布式电源均由两端向故障点提供电流，因此，需要在线路两端设置保护装置，并配置方向判断元件，保证切除故障具有方向性。第二，在分布式电源上游出现永久性故障时，本级上游电流保护有可能拒动，或者上游电流保护误动，扩大停电范围。需要根据系统运行方式重新设置整定值，保证断路器正常动作。第三，同一母线上其他馈线发生永久性故障时，上游断路器的定时限电流速断保护或过电流保护有可能误动，需要配置方向判别元件。第四，针对瞬时性故障的恢复，配电网侧重合ICJ配置检无压装置，分布式电源侧配置检同期装置，在配电网侧接入点确保无压，待分布式电源与系统无频差、无相角差、无电压幅值差后投入并列。同时，分布式电源配置低压、低频解列装置。第五，规划分布式电源接入位置、运行方式，限制接入容量，采取无功补偿措施，抑制电压偏差与故障电流，保证配电网处于正常工作状态。
　　（二）自动重合闸及并网技术检测技术
　　为尽可能降低分布式电源对电网造成的负面影响，其在发生扰动脱网后的并网必须保证自身频率与电压恢复到正常范围，而对于380V电压等级的分布式电源来说，其扰动脱网后的并网还需在恢复正常情况后进行一定延时（一般大于20s）。值得注意的是，分布式电源扰动脱网后的并网延时由电网调度机构给定，电压等级较高（如10kV～6kV）的分布式电源恢复并网还需要经过电网调度机构的允许。
　　（三）分布式供电恢复系统的应用
　　分布式供电恢复系统的结构包含通信网络和各STU。配电网络为STU提供完成供电恢复所需的网络拓扑及电气量信息，并对STU的指令进行响应。STU作为分布式供电恢复系统的核心，收集并存储终端安装处的局部拓扑、电气量信息，并以对等式通信的方式与相邻终端交互所需信息，然后在这些局部信息的支撑下进行目标函数和约束条件的求解，并与相邻终端协作完成对整个电网的拓扑搜索和供电恢复控制。每个STU都能与其他终端进行对等通信交互所需信息，具体可分为数据信息和指令信息两种，数据信息用来支撑目标函数约束条件的求解和拓扑搜索，指令信息用来控制供电恢复过程。为防止因终端故障影响恢复过程，各STU可通过与相邻终端通信获得下级相邻终端的拓扑信息作为备用。
　　（四）集成保护方案
　　首先，在采用多点接入的方法将DG接入到配电网系统后，原来的拓扑结构形成明显变动，当形成短路问题后，系统侧与短路电流的实际供给能力形成极大的差异；相对地配电系统也给电源带来了影响，因受到系统保护速度的影响，DG低电压具有的穿越能力也出现了变动。其次，根据当前的配电系统保护需要，可以构建综合化的配电保护系统，将本地控制系统与集中控制系统结合应用，可以在配电系统的母线部位建设集成化的保护单元，利用本地信息来完成保护各种配电装置的工作，在线路保护工作中，还可以充分使用相邻位置电力保护单元提供的故障数据来达到保护技术应用目的。
　　四、结语
　　总而言之，分布式电源的合理应用能够提高供电系统的运行水平，基于其所具有的可靠性、经济性特点，在电力系统运行中得到广泛应用，但需要注意的是所产生的负面影响也是极大的。本文主要对分布式电源并网对电能质量的影响进行分析，并提出技术性的保护措施，希望能够达到配电网工作的实际需求。
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