分布式新能源接入对配电网整体运行的影响探究

　　朱颢 姜荣贵 杨帅

　　【摘 要】随着分布式新能源如光伏、风电等的广泛应用，配电网的运行环境和负荷特性发生了显著变化。分布式新能源的广泛接入，除了能够改变配电网的原有结构以及运行方式，- 还可以改变配电网运行的特点。本文重点从配电网运行特性、负荷预测、电能质量、继电保护、运行控制等五个方面进行深入探究，旨在充分发挥分布式新能源的优势，优化调度策略，加强设备维护和改造，以确保配电网的安全、稳定和经济运行。

　　【关键词】分布式新能源；配电网；影响

　　前言

　　分布式新能源接入对配电网整体运行的影响是当前电力行业面临的重要问题之一。随着可再生能源的快速发展和广泛应用，分布式新能源的应用范围越来越广泛，虽然给配电网整体运行带来了挑战，但同时也带来了很多机遇。深入探究分布式新能源接入对配电网整体运行的影响具有重要的现实意义和理论价值，有助于我们更好地了解分布式新能源的特性和规律，优化配电网的规划和调度，提高能源利用率，推动电力行业的长远可持续发展。

　　一、分布式新能源接入对配电网系统运行特性的影响

　　分布式新能源的接入对配电网运行特性产生了多方面的影响：

　　（一）对系统稳定性的影响

　　分布式能源（DERs）（如光伏（PV）和风能系统）是现代能源领域的创新技术，它们在能源供应中扮演着越来越重要的角色。这些系统具有独特的优势，实现了能源利用的更高效率和可持续性。此外，当DERs的发电量超过本地需求时，它们可以向配电网注入电力，帮助提高系统的电压水平。通过智能控制和优化管理，DERs甚至可以在电压过低或过高时自动提供相应的电压支持，从而改善整个配电网电压调节功能。

　　（二）对系统负荷特性的影响

　　分布式新能源的接入确实改变了配电网的负荷增长模式，也增加了负荷预测的不确定性[1]。这主要因为分布式新能源，特别是风能和太阳能，其发电功率受自然条件的影响较大。由于天气条件的变化具有随机性和不可预测性，因此这些新能源在功率输出时存在较大的波动性和不确定性，这种不确定性反映在配电网的负荷预测上，导致预测的难度加大，从而使预测的精度降低。当大量的分布式电源接入配电网时，传统的基于历史数据的负荷预测方法可能无法准确反映未来的负荷变化情况。

　　（三）对网络结构的影响

　　分布式新能源通常接入配电系统的末端，与电力用户的用电设备直接相连，使得配电网的拓扑结构变得复杂。错综复杂的网络结构无疑为寻找最优网络布置方案带来了难度和挑战。

　　（四）对系统可靠性的影响

　　当分布式电源作为备用电源使用时，它可以在电网供电能力不足的条件下发挥重要作用。通过向外送电，DERs有助于缓解配电网的过负荷和堵塞问题，从而增加配电网的裕度。这样的运行方式可以增强配电网的可靠性，减少对主网的依赖，并在主网发生故障时提供电力支持。

　　（五）对系统安全的影响

　　分布式新能源的接入增加了配电网的安全风险。由于新能源发电设备大量使用电子元件，如逆变器、变频器等，这些设备在运行过程中可能会产生电磁干扰。这种干扰可能对配电网的继电保护装置、自动化设备等产生影响，甚至可能导致其误动作或失效。

　　二、分布式新能源接入对系统负荷预测的影响

　　由于分布式新能源的输出功率受到自然条件的直接影响，其发电量的不确定性是一个显著的问题。这种不确定性源于诸如光照强度、太阳辐射角度、云层覆盖、风速和温度等自然因素的变化。这些因素都是不可预测的，导致分布式新能源的发电功率输出波动性比较大。

　　随着分布式新能源接入并网容量的增加，负荷预测的难度也随之增加。传统的负荷预测方法基于历史数据和趋势分析，但在分布式新能源的情境下，这种方法的有效性受到了限制。

　　三、分布式新能源接入对系统电能质量的影响

　　（一）分布式新能源接入对配电网系统电压的影响

　　分布式新能源的接入对配电网系统馈线上电压分布的影响是一个复杂的问题，需要综合考虑多种因素。

　　分布式电源接入配电网系统中的同一个节点时，由于电源自身的容量比较大，同时该节点的短路容量得到增加，就会使得周围的电压分布不均匀，从而改变系统的整体电压分布。这种情况就会导致一些区域电压升高，而另一些区域电压下降，影响配电网的稳定性和可靠性。为了减小这种影响，可以考虑对配电网进行相应的改造和优化。如重新规划分布式电源的接入点位以及配电网系统中电源的容量，使整个系统电压分布趋于平衡和稳定；此外，还可以采取一些技术性措施，如无功补偿、电压调节等，来提高系统配电网的电压稳定性和可靠性。

　　（二）分布式新能源接入对系统配电网谐波的影响

　　分布式电源的并网转换器在能量转换过程中会产生电力谐波，这是由于电力电子设备（如逆变器）在运行时，其内部开关器件的快速切换会引发电压或电流的畸变，从而产生谐波。电力谐波会导致电网系统中的电压或电流发生波形畸变，使得电力设备的正常运行受到影响，甚至可能导致设备误动作或失效。

　　配电网系统中产生的谐波受到分布式电源的接入位置和接入方式影响，当其接入位置距离母线越近，那么该线路的整体谐波畸变就会越低；当其接入位置距离母线越远，那么该线路的整体谐波畸变就会越高。究其原因是分布式电源的接入位置离母线越近，其在系统中所占的比例就越小，同时也就意味着其产生的谐波相对于整个系统的电流来说，所占的比例也越小，最终使得线路的整体谐波畸变降低。

　　分布式电源的接入改变了配电网的故障水平，使得配电网的故障处理变得更加复杂和困难。在设计和运行分布式电源接入的配电网时，需要充分考虑其可能带来的各种影响，采取相应的保护措施和管理策略，以确保配电网的安全稳定运行。

　　此外，多个谐波源还可能在系统内激发高次谐波的功率谐振。这不仅会进一步恶化电能质量，还可能对配电网系统造成更大的危害。规划和管理分布式新能源时，对其接入位置和总出力的考虑是至关重要的，这直接关系到配电网的电压谐波畸变和电能质量。

　　四、分布式新能源接入对系统继电保护的影响

　　（一）我国配电网系统中现有的保护配置

　　电流保护：一般分为两类，一个是电流速断保护，另一个是定时限过电流保护。电流速断保护的原理是通过短路电流的瞬间增大而启动，及时切断故障电流，以防止故障范围进一步扩大[2]。定时限过电流保护的原理则是根据电流的大小和时间来判断，从而有选择性的切除故障电流，它允许一定量的过电流通过，并在达到整定值后切除故障。

　　电压保护：电压保护主要指通过合理的设计和配置，使得在电力系统中出现过电压时能够及时检测到，通过一系列防护措施对系统进行保护，保障系统的安全性[3]。一般将电压保护分为两种：内部过电压保护和外部过电压保护。

　　欠电压保护：当线路电压降低到临界电压值时，保护电器会发出指令并及时做出切断电源的动作，从而避免设备由于电压过载而烧毁。

　　过电压保护：主要是为了防止设备在电压过高的情况下运行而采取的一种保护措施。当电源电压过高时，电气设备可能受到损坏或出现故障，同时可能引起火灾等安全事故[4]。因此过电压保护在整个电力系统中的作用非常重要。当电源电压过高时，过电压保护装置可以及时切断电源或采取其他措施，以保护电气设备不受损坏或降低损坏程度。

　　重合闸装置：当电力系统发生故障时，重合闸装置可以在断路器跳闸后并自动重新合闸恢复正常，它可以大大减少因电力故障导致的停电时间，从而提高电力系统的稳定性。根据实际需要，可以灵活选择使用单相重合闸、三相重合闸或多次重合闸。

　　距离保护：距离保护是一种根据故障点到保护装置的距离来做出动作的保护装置，这种保护方式广泛应用于高压和超高压的输电系统中[5]。它通常包括三个部分：启动元件、测量元件和比较元件。启动元件用于检测系统中的故障，并在检测到故障时向测量元件发送信号；测量元件负责测量故障点到保护装置的距离，并根据这一距离值判断是否应该触发跳闸；比较元件负责将测量元件得到的距离值与预定的整定值进行比较，如果测量到的距离大于整定值，则比较元件会触发跳闸命令，使断路器跳闸，从而切除故障部分。

　　方向保护：方向保护是根据故障电流的方向来选择性的切除故障的装置。它通过比较故障电流的方向与整定方向来决定是否跳闸切除故障。

　　自适应保护：自适应保护是一种先进的保护技术，它能够实时地适应系统的变化和各种不同的故障情况，提高电力系统的稳定性和可靠性，确保其始终与系统的实际需求相匹配。

　　（二）分布式新能源接入对配电网过电流保护的影响

　　过电流保护作为配电网系统中的重要保护方式，主要通过检测线路中的电流异常情况来动作，实现对主线路和相邻线路的保护。在单电源放射型电网中，过电流保护被广泛应用。当线路发生故障时，过电流保护能够快速反应并切除故障，以减小故障对整个系统的影响。

　　（三）分布式新能源接入对配电网重合闸的影响

　　瞬时性故障确实在配电网故障中占有相当大的比例，这类故障通常是由系统中的瞬时性异常所引起，例如雷电、动物跨接等。这些故障通常不会对系统造成长期的影响，但如果不及时处理，仍可能对系统造成损害或导致停电。

　　自动重合闸技术在处理瞬时性故障中发挥着关键作用。当检测到瞬时性故障时，自动重合闸能够快速地重新闭合断路器，尝试恢复供电。自动重合闸技术在单侧电源供电的单回线路环境中发挥的功效更为突出。由于这种线路结构相对简单，自动重合闸可以更加快速地响应并尝试恢复供电。此外，单回线路中如果发生故障，可能会导致整个线路的停电，此时自动重合闸的应用可以显著减少停电的次数和持续时间。

　　当配电网中接入分布式新能源，如光伏、风电等，线路的故障特性会发生变化，从而对自动重合闸技术产生新的挑战。分布式新能源的接入可能会在系统故障后形成电力孤岛。这些孤岛与大电网失去联系，并且它们的电压和频率可能会与大电网不同步。如果在这种情况下进行非同期重合闸操作，即尝试将孤岛重新连接到大电网，可能会产生很大的冲击电流或电压。这种冲击不仅可能损坏配电网设备，还可能对分布式新能源设备造成严重损害。

　　五、分布式新能源接入对运行控制的影响

　　（一）对自动重合闸的影响

　　分布式新能源的接入使得线路中一直存在有压状态，这可能导致自动重合闸无法启动。为了解决这个问题，可以采用具有电压感知功能的自动重合闸装置，当线路电压低于一定值时才启动重合闸，以确保在有压状态下不会误动作。

　　（二）对备自投装置的影响

　　当分布式新能源接入配电网系统中后，如果系统中存在母线电压，那么备自投装置就可能无法满足一种无电压、无电流的环境条件，从而导致备自投装置拒动。为了解决这个问题，配置低周、低压解列装置不失为一种有效措施，它们能够在发生故障之后及时切断分布式电源对于故障点的电流输送，从而保障系统的稳定。

　　（三）对调度运行管理的影响

　　分布式新能源的接入使得配电网的结构和运行方式变得更加复杂，给调度运行管理带来了挑战。由于分布式电源的分散性和不确定性，调度人员难以实时监控其运行状态，也难以预测其对配电网的影响。这可能导致调度决策的延迟或误判，影响配电网的安全稳定运行。

　　结语

　　大规模分布式新能源的接入对配电网的负荷预测、潮流计算、保护整定和配置、调频、调压和调峰等方面都带来了影响和挑战。为了充分发挥分布式新能源的优势，需要深入研究其特性，优化调度策略，加强设备维护和改造，以确保配电网的安全、稳定和经济运行。同时，也需要加强政策引导和市场机制建设，促进分布式新能源的健康发展。

　　参考文献：

　　[1] 谭大帅, 田由甲, 郭刚, 等. 分布式新能源接入电网的集群优化控制策略研究[J]. 中国新技术新产品,2023(21):1-3.

　　[2] 秦金平. 含多种分布式电源的微电网的运行控制策略分析[J]. 光源与照明,2023(4):198-200.

　　[3] 赵洪. 分布式电源交直流混合供电的微电网系统研究[J]. 科技创新与应用,2023,13(6):89-92.

　　[4] 胡壮丽, 罗毅初, 陈雪. 考虑分布式新能源接入的智能配电网线损异常定位系统[J]. 环境技术,2023,41(9):111-115.

　　[5] 张晓军, 孔德怀, 马千里, 等. 基于线损最优的分布式电源接入方法研究[J]. 电工技术,2023(8):226-229.