分布式電源應用若干問題的解決方法

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

引言

近年來，對分布式電源應用與消納的關注越來越高，分布式電源對配電網的影響，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)電系統的動態(tài)仿真模型，論述光伏發(fā)電系統的并網逆變器結構及其控制策略，研究光伏逆變器附加電能質量控制的方法，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的影響的認識水平，但是對于提高配電網對分布式電源的消納能力的研究，大都集中在借助通信網絡的協調控制方式，而對于不依賴通信手段的消納方式的研究尚顯不足。此外，在太陽能利用方面，有必要將分布式屋頂光伏發(fā)電與已經廣泛應用的家庭太陽能熱水器進行對比分析，探索在現有技術水平下如何更好地利用太陽能達到節(jié)能減排的目的。

1、分布式電源接入配電網的影響

一般認為分布式電源接入配電網后，會對繼電保護、配電自動化故障處理和電壓質量等方面產生影響。

1.1、對繼電保護的影響

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

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

1.2、對配電自動化故障處理的影響

饋線發(fā)生相間短路故障時，來自主網的短路電流、同母線其他饋線上分布式電源提供的短路電流以及故障所在饋線上故障上游分布式電源提供的短路電流都將流向故障區(qū)域的上游入點，而故障區(qū)域的下游出點也會流過饋線上故障下游分布式電源提供的短路電流。一般認為若流過故障區(qū)域的下游出點的短路電流接近流過故障區(qū)域的上游入點的短路電流，則會破壞配電自動化故障定位策略。但是，正如上節(jié)所述，來自主網的短路電流一般遠遠大于分布式電源提供的短路電流，而且同母線其他饋線上分布式電源提供的短路電流還會助增流過故障區(qū)域的上游入點的短路電流，也即流過故障區(qū)域的上游入點的短路電流會遠遠大于流過故障區(qū)域的下游出點的短路電流，很容易設置一個定值將它們區(qū)分開來，因此一般不會對傳統配電自動化系統的故障定位產生影響，換言之，已經建成的配電自動化系統并不需要因分布式電源大規(guī)模接入而推倒重來。

1.3、對電壓質量的影響

分布式電源的接入對饋線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、風電等)，由于其波動性還會產生電壓波動，并且對其接入點的電壓抬升作用和電壓波動作用最大。對于接入多臺分布式電源的饋線，其沿線電壓分布就如同在各個分布式電源處分別由一個小棍頂著一般，在各個分布式電源的接入點形成一個個電壓極值點，見圖1。圖中，S為該饋線的變電站出線斷路器，A、B和C為分段開關，DG為分布式電源，曲線縱軸U代表沿線電壓。

2、配電網對分布式電源的消納能力

制約配電網對分布式電源消納能力的關鍵是分布式電源接入后產生的電壓偏差和電壓波動，而并非其對繼電保護、配電自動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，配電網也有比較強的消納能力，這種消納方式，稱為自由消納方式。

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，而不必借助通信網絡和協調控制，而僅僅根據分布式電源本地采集到的接入點實時電壓信息，對其輸出的無功功率或有功功率進行本地調節(jié)，以滿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絡，對若干大容量分布式電源甚至可控負荷進行協調控制，以滿足電壓約束條件，這種消納方式，稱為協調控制消納方式。

在實際應用中，應優(yōu)先采用自由消納方式，在其不能全面滿足要求時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題，實在不得已才采用協調控制消納方式，因為協調控制消納方式依賴通信通道，使配電網變得比較脆弱。

由于協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行論述。