分布式電源應用若干問(wèn)題的解決方法

導讀： 分布式電源接入配電網(wǎng)后對繼電保護、配電自動(dòng)化故障處理和電壓質(zhì)量均產(chǎn)生了不同程度的影響，為了更好利用清潔能源，提高配電網(wǎng)對分布式電源消納能力的關(guān)鍵是分布式電源接入后有效調節產(chǎn)生的電壓偏差。

引言

近年來(lái)，對分布式電源應用與消納的關(guān)注越來(lái)越高，分布式電源對配電網(wǎng)的影響，分析鼠籠異步發(fā)電機和雙饋異步發(fā)電機的短路電流特性，研究光伏發(fā)電系統的動(dòng)態(tài)仿真模型，論述光伏發(fā)電系統的并網(wǎng)逆變器結構及其控制策略，研究光伏逆變器附加電能質(zhì)量控制的方法，以及變流器型分布式電源和電機型分布式電源的短路電流特性和對配電網(wǎng)故障處理的影響。

上述成果大大提高了對分布式電源接入配電網(wǎng)的影響的認識水平，但是對于提高配電網(wǎng)對分布式電源的消納能力的研究，大都集中在借助通信網(wǎng)絡(luò )的協(xié)調控制方式，而對于不依賴(lài)通信手段的消納方式的研究尚顯不足。此外，在太陽(yáng)能利用方面，有必要將分布式屋頂光伏發(fā)電與已經(jīng)廣泛應用的家庭太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行對比分析，探索在現有技術(shù)水平下如何更好地利用太陽(yáng)能達到節能減排的目的。

1、分布式電源接入配電網(wǎng)的影響

一般認為分布式電源接入配電網(wǎng)后，會(huì )對繼電保護、配電自動(dòng)化故障處理和電壓質(zhì)量等方面產(chǎn)生影響。

1.1、對繼電保護的影響

分布式電源可分為電機并網(wǎng)型和逆變器并網(wǎng)型兩類(lèi)，電機并網(wǎng)型分布式電源所能提供的短路電流一般不超過(guò)其額定容量的10倍，逆變器并網(wǎng)型分布式電源所能提供的短路電流一般不超過(guò)其額定容量的1.5倍。

饋線(xiàn)發(fā)生相間短路故障時(shí)，來(lái)自主網(wǎng)的短路電流、同母線(xiàn)其他饋線(xiàn)上分布式電源提供的短路電流以及故障所在饋線(xiàn)上分布式電源提供的短路電流都將流向故障點(diǎn)。為了維持10kV母線(xiàn)電壓穩定，配電網(wǎng)的系統短路容量一般都遠遠大于饋線(xiàn)上分布式電源的容量，因此來(lái)自主網(wǎng)的短路電流一般遠遠大于分布式電源提供的短路電流，容易實(shí)現主網(wǎng)側繼電保護配合，而分布式電源側則需要通過(guò)反孤島措施(如低電壓脫網(wǎng))與故障區域解除聯(lián)系。

1.2、對配電自動(dòng)化故障處理的影響

饋線(xiàn)發(fā)生相間短路故障時(shí)，來(lái)自主網(wǎng)的短路電流、同母線(xiàn)其他饋線(xiàn)上分布式電源提供的短路電流以及故障所在饋線(xiàn)上故障上游分布式電源提供的短路電流都將流向故障區域的上游入點(diǎn)，而故障區域的下游出點(diǎn)也會(huì )流過(guò)饋線(xiàn)上故障下游分布式電源提供的短路電流。一般認為若流過(guò)故障區域的下游出點(diǎn)的短路電流接近流過(guò)故障區域的上游入點(diǎn)的短路電流，則會(huì )破壞配電自動(dòng)化故障定位策略。但是，正如上節所述，來(lái)自主網(wǎng)的短路電流一般遠遠大于分布式電源提供的短路電流，而且同母線(xiàn)其他饋線(xiàn)上分布式電源提供的短路電流還會(huì )助增流過(guò)故障區域的上游入點(diǎn)的短路電流，也即流過(guò)故障區域的上游入點(diǎn)的短路電流會(huì )遠遠大于流過(guò)故障區域的下游出點(diǎn)的短路電流，很容易設置一個(gè)定值將它們區分開(kāi)來(lái)，因此一般不會(huì )對傳統配電自動(dòng)化系統的故障定位產(chǎn)生影響，換言之，已經(jīng)建成的配電自動(dòng)化系統并不需要因分布式電源大規模接入而推倒重來(lái)。

1.3、對電壓質(zhì)量的影響

分布式電源的接入對饋線(xiàn)的電壓具有抬升作用，而且對于出力受自然因素影響的分布式電源(如光伏、風(fēng)電等)，由于其波動(dòng)性還會(huì )產(chǎn)生電壓波動(dòng)，并且對其接入點(diǎn)的電壓抬升作用和電壓波動(dòng)作用最大。對于接入多臺分布式電源的饋線(xiàn)，其沿線(xiàn)電壓分布就如同在各個(gè)分布式電源處分別由一個(gè)小棍頂著(zhù)一般，在各個(gè)分布式電源的接入點(diǎn)形成一個(gè)個(gè)電壓極值點(diǎn)，見(jiàn)圖1。圖中，S為該饋線(xiàn)的變電站出線(xiàn)斷路器，A、B和C為分段開(kāi)關(guān)，DG為分布式電源，曲線(xiàn)縱軸U代表沿線(xiàn)電壓。

2、配電網(wǎng)對分布式電源的消納能力

制約配電網(wǎng)對分布式電源消納能力的關(guān)鍵是分布式電源接入后產(chǎn)生的電壓偏差和電壓波動(dòng)，而并非其對繼電保護、配電自動(dòng)化故障處理等的影響。

2.1、對分布式電源的3種控制策略

在分布式電源接入容量不是很大的情況下，即使不對其采取任何控制措施，配電網(wǎng)也有比較強的消納能力，這種消納方式，稱(chēng)為自由消納方式。

在分布式電源接入容量超出自由消納能力的情況下，首先可以考慮在較大容量的分布式電源中駐入本地控制策略，而不必借助通信網(wǎng)絡(luò )和協(xié)調控制，而僅僅根據分布式電源本地采集到的接入點(diǎn)實(shí)時(shí)電壓信息，對其輸出的無(wú)功功率或有功功率進(jìn)行本地調節，以滿(mǎn)足輕載或重載條件下的電壓偏差不致越限的要求，這種消納方式，稱(chēng)為本地控制消納方式。

在分布式電源接入容量超出本地控制消納能力的情況下，不得已而必須考慮借助通信網(wǎng)絡(luò )，對若干大容量分布式電源甚至可控負荷進(jìn)行協(xié)調控制，以滿(mǎn)足電壓約束條件，這種消納方式，稱(chēng)為協(xié)調控制消納方式。

在實(shí)際應用中，應優(yōu)先采用自由消納方式，在其不能全面滿(mǎn)足要求時(shí)宜采用本地控制消納方式，自由消納方式和本地控制消納方式的消納能力很強，應該可以解決絕大多數問(wèn)題，實(shí)在不得已才采用協(xié)調控制消納方式，因為協(xié)調控制消納方式依賴(lài)通信通道，使配電網(wǎng)變得比較脆弱。

由于協(xié)調控制消納方式已有大量文獻報道，本文不再贅述，而僅對自由消納方式和本地控制消納方式進(jìn)行論述。