分析分布式新能源發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓影響

王永平

摘 要：本文分析了分布式新能源發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)，并詳細(xì)講述了分布式新能源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，其中包括電壓分布、線路損耗等，之后闡述了新能源與配電網(wǎng)電壓之間存在的繼電保護(hù)、電能質(zhì)量、電網(wǎng)規(guī)劃等問題，最后制定了改善措施。致力于促進(jìn)日后的電網(wǎng)規(guī)劃工作。

關(guān)鍵詞：分布式新能源;配電網(wǎng);電壓

引言：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源枯竭和環(huán)境污染問題逐漸被重視，電力行業(yè)將目光投入到了可再生能源，致力于解決能源危機(jī)，在保護(hù)自然環(huán)境的同時(shí)，滿足社會(huì)的需要。而分布式新能源發(fā)電打破了傳統(tǒng)的供電方式，但是當(dāng)前還存在著一定的問題，影響著電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行。

一、分布式新能源發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)

分布式發(fā)電的發(fā)電功率一般在幾千瓦或數(shù)百瓦。因?yàn)槠涫且粋€(gè)開放性的系統(tǒng)，可以很容易地滿足用戶的需求，將被動(dòng)運(yùn)輸改為主動(dòng)輸出，在降低能源消耗的同時(shí)，也提高了能源利用率。分布式發(fā)電是一種小型的發(fā)電單元，主要存在于配電網(wǎng)和負(fù)荷附近。當(dāng)前，分布式發(fā)電的主要類型有，電熱發(fā)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電等。與傳統(tǒng)供電模式相比，分布式發(fā)電可以直接面向用戶，根據(jù)用戶的需求提供電，進(jìn)而減少了運(yùn)輸電能的成本，也保證了用電的安全。合理地優(yōu)化分布式電網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能目標(biāo)，更好地利用電能。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全性低，一旦操作不當(dāng)就會(huì)引起大規(guī)模的停電，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。遠(yuǎn)距離傳輸電能，雖然可以正常為用戶提供電能，但是在用電高峰，難以滿足用戶的用電需求，并且傳送電能的過程消耗巨大，加劇了環(huán)境的污染。而分布式發(fā)電，通常應(yīng)用在低壓力配送系統(tǒng)中，使末端配電系統(tǒng)更加靈活，也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的不足。其最大的優(yōu)勢(shì)在于可以將冷熱電聯(lián)中發(fā)電、制冷的能量轉(zhuǎn)換進(jìn)行連接，但想要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離連接是十分困難的。由于城市的規(guī)劃和發(fā)展并未將冷、熱能計(jì)算其中，就導(dǎo)致了此資源的浪費(fèi)。

二、分布式新能源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響

（一）電壓分布

隨著新能源的大規(guī)模并網(wǎng)，電網(wǎng)系統(tǒng)演變成多支路分散模式，潮流分布也發(fā)生了改變。在天氣變化較大時(shí)，風(fēng)力和光伏發(fā)電的電源輸出功率也變得不穩(wěn)定，進(jìn)而使配電網(wǎng)的潮流分布也發(fā)生改變，使電網(wǎng)的電壓也受到了嚴(yán)重影響。當(dāng)分布式電源并網(wǎng)后，傳統(tǒng)電網(wǎng)會(huì)發(fā)生電壓波動(dòng)，因?yàn)榉植际诫娫淳哂虚g歇性的特點(diǎn)，從而使分布式電源輸出功率呈現(xiàn)間歇性，進(jìn)而使電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生較大的波動(dòng)。分布式電源的并網(wǎng)，可以有效的改善配電網(wǎng)的質(zhì)量，但如果電源容量過大，會(huì)導(dǎo)致其功率反向流動(dòng)，使并入點(diǎn)局部電壓出現(xiàn)峰化，一旦節(jié)點(diǎn)電壓超過電網(wǎng)系統(tǒng)電壓幅值上線，就會(huì)影響配電網(wǎng)電壓調(diào)壓的工作，影響著整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全。電源的安裝位置、容量和功率等都會(huì)影響電壓的分布[1]。因此，可以通過仿真技術(shù)來分析分布式電源滲透率和電源功率，進(jìn)而調(diào)整整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓。

（二）線路損耗

當(dāng)配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，一旦出現(xiàn)弱環(huán)、開環(huán)的情況，就會(huì)導(dǎo)致整體電壓較低。DGs的并入，可使單電源輻射結(jié)構(gòu)改變成多電源弱環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使得配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化。由此可見，傳統(tǒng)的電網(wǎng)潮流計(jì)算方式很難計(jì)算出結(jié)果。DGs并網(wǎng)后也改變了電網(wǎng)支路的潮流方向，從而影響了電網(wǎng)的線路損耗。線路損耗發(fā)生的原因與負(fù)荷、DGs的位置、容量有關(guān)。一旦DGs的安裝位置和輸出功率不合理，就會(huì)增加配電系統(tǒng)的線路損耗，因?yàn)镈Gs的的輸出功率與負(fù)荷比例超過要求定值，無法消耗DGs，就會(huì)增加有功和無功功率，增加線路損耗。當(dāng)分布式電源并入電網(wǎng)系統(tǒng)后，會(huì)改變配電網(wǎng)支路的潮流流動(dòng)方向，一旦潮流方向發(fā)生改變，就會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)線路損耗發(fā)生改變。當(dāng)分布式電源并入電網(wǎng)系統(tǒng)，會(huì)使線路損耗產(chǎn)生變化，主要是與分布式電源并入的功率、容量有關(guān)。

（三）影響及時(shí)監(jiān)控

當(dāng)前配電網(wǎng)都屬于放射能的無源網(wǎng)，供電部門可以直接開展能源調(diào)度和信息采集，一旦接入新能源，就會(huì)使操作變得復(fù)雜，進(jìn)而形成監(jiān)測(cè)孤島。使孤島上的電壓大小、頻率值都無法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制。一但發(fā)現(xiàn)異常，就會(huì)導(dǎo)致用戶無法正常使用，嚴(yán)重的話會(huì)損壞用戶設(shè)備。當(dāng)出現(xiàn)線路負(fù)載量大于孤島逆變器的容量時(shí)，會(huì)損毀逆變器，同時(shí)，危害檢修人員的生命安全。就算關(guān)閘還是會(huì)引發(fā)跳閘，導(dǎo)致負(fù)荷失衡，影響供電的質(zhì)量。

三、新能源與配電網(wǎng)電壓之間存在的問題

（一）繼電保護(hù)

繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的核心。在分布式電源接入電網(wǎng)后，配電網(wǎng)將不再是簡(jiǎn)單的單側(cè)電源系統(tǒng)，改變了原有的繼電保護(hù)系統(tǒng)，影響了孤島運(yùn)行、過電流保護(hù)等。當(dāng)分布式發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)生故障時(shí)，電網(wǎng)中殘留的電壓會(huì)影響電壓檢測(cè)，進(jìn)而出現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的情況，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生孤島運(yùn)行時(shí)，會(huì)發(fā)生高壓危機(jī)，使機(jī)組無法正常使用。為了保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全，要建立分布式發(fā)電保護(hù)系統(tǒng)。

（二）電能質(zhì)量

分布式能源可以改善能源結(jié)構(gòu)和發(fā)電形式，影響著電能的質(zhì)量。主要是通過分布式電能接入電網(wǎng)后，增加電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷，從而使電流和電壓發(fā)生畸變。分布式能源接入配電網(wǎng)絡(luò)，可以加強(qiáng)傳統(tǒng)電網(wǎng)的安全性和實(shí)用性，但也存在著一定的問題。當(dāng)電壓發(fā)生閃變時(shí)，電壓會(huì)突然變化，使人產(chǎn)生視覺疲勞，進(jìn)而影響機(jī)組的正常運(yùn)行。長時(shí)間的電壓偏移也會(huì)影響系統(tǒng)電壓的反饋設(shè)備，使其與分布式單元格的相互作用產(chǎn)生不良影響。

（三）可靠性

配電系統(tǒng)將電源與用戶相連接，從而體現(xiàn)出其可靠性。其可靠性主要是通過解析法和模擬法來體現(xiàn)。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，會(huì)導(dǎo)致部分機(jī)組暫停運(yùn)行，但其他機(jī)組依然可以正常運(yùn)行，從而避免了大規(guī)模的停電，保證了生產(chǎn)和日常的用電。一旦出現(xiàn)孤島運(yùn)行狀態(tài)，還是會(huì)造成嚴(yán)重影響。當(dāng)分布式電源與繼電保護(hù)系統(tǒng)無法相適應(yīng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)操作錯(cuò)誤，使其可靠性降低。影響可靠性的因素還有系統(tǒng)安裝位置、連接方式等。

（四）電網(wǎng)規(guī)劃

分布式電網(wǎng)是一種新型發(fā)電技術(shù)，為發(fā)電系統(tǒng)提供了便捷。但是由于設(shè)計(jì)規(guī)劃存在著不合理，在接入電網(wǎng)后發(fā)生了一些問題。例如，分布式系統(tǒng)發(fā)電量具有不確定性，要有傳統(tǒng)電網(wǎng)作為備用，才可放心使用。也為電力系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)增加了一定的困難，因?yàn)樵谝?guī)劃傳統(tǒng)電力系統(tǒng)時(shí)，就未考慮加入分布式系統(tǒng)。此系統(tǒng)自身還具有靈活性和隨機(jī)性，不能可靠的持續(xù)提供電能，為配電網(wǎng)絡(luò)造成了一定的影響[2]。如果規(guī)劃不符合實(shí)際要求，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備利用率低、損耗增加等諸多問題。因此，在分布式電源接入電網(wǎng)時(shí)，要提前做好規(guī)劃、充分考慮此類問題。

四、分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的改善措施

（一）光伏發(fā)電

分布式電源主要以太陽能發(fā)電作為電力來源，之后通過設(shè)備網(wǎng)發(fā)出無功功率和有功功率。因此，在優(yōu)化無功功率時(shí)，要對(duì)其來源進(jìn)行探討。光伏發(fā)電可以作為補(bǔ)償裝置，降低發(fā)電的運(yùn)行成本，無功功率的原理是，光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)與濾波裝置的主電路完全相同。

（二）并聯(lián)電容器

并聯(lián)電容器是容性負(fù)荷，主要應(yīng)用在感性復(fù)合的抵消上。當(dāng)配電網(wǎng)無功功率達(dá)不到要求時(shí)，其可以優(yōu)化功率因數(shù)，從而使各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓保持穩(wěn)定。但并聯(lián)電容器無法吸收感性無功功率，就導(dǎo)致系統(tǒng)在處于最大負(fù)荷狀態(tài)時(shí)發(fā)出感性無功功率。電容器的運(yùn)行需要花費(fèi)大量的成本，而線路運(yùn)行也需要增加網(wǎng)絡(luò)耗損費(fèi)用。在發(fā)電設(shè)備花費(fèi)的大量成本，影響了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增加了運(yùn)行成本，阻滯了企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

結(jié)論：隨著社會(huì)用電需求的逐漸加大，電力設(shè)施也不斷加強(qiáng)，分布式新能源發(fā)電也成為了發(fā)電網(wǎng)中不可缺失的一部分。在應(yīng)用此系統(tǒng)時(shí)，人們要充分發(fā)揮分布式新能源的積極效應(yīng)，改善傳統(tǒng)發(fā)電模式，降低能源消耗，改善環(huán)境污染。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉澄，王輝，李天慧，等.分布式新能源發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓影響研究[J].可再生能源，2019，37（10）：1465-1471.

[2]唐惠玲.新能源環(huán)境下配電網(wǎng)線損和電壓協(xié)同管理策略研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2019.