分布式電源應(yīng)用若干問題的解決方法

導(dǎo)讀： 分布式電源接入配電網(wǎng)后對(duì)繼電保護(hù)、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(duì)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(diào)節(jié)產(chǎn)生的電壓偏差。

引言

近年來(lái)，對(duì)分布式電源應(yīng)用與消納的關(guān)注越來(lái)越高，分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響，分析鼠籠異步發(fā)電機(jī)和雙饋異步發(fā)電機(jī)的短路電流特性，研究光伏發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，論述光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)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(jī)型分布式電源的短路電流特性和對(duì)配電網(wǎng)故障處理的影響。

上述成果大大提高了對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)的影響的認(rèn)識(shí)水平，但是對(duì)于提高配電網(wǎng)對(duì)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(diào)控制方式，而對(duì)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(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(yīng)用的家庭太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行對(duì)比分析，探索在現(xiàn)有技術(shù)水平下如何更好地利用太陽(yáng)能達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1、分布式電源接入配電網(wǎng)的影響

一般認(rèn)為分布式電源接入配電網(wǎng)后，會(huì)對(duì)繼電保護(hù)、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(duì)繼電保護(hù)的影響

分布式電源可分為電機(jī)并網(wǎng)型和逆變器并網(wǎng)型兩類，電機(jī)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(diǎn)。為了維持10kV母線電壓穩(wěn)定，配電網(wǎng)的系統(tǒng)短路容量一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于饋線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(yuǎn)遠(yuǎn)大于分布式電源提供的短路電流，容易實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)側(cè)繼電保護(hù)配合，而分布式電源側(cè)則需要通過(guò)反孤島措施(如低電壓脫網(wǎng))與故障區(qū)域解除聯(lián)系。

1.2、對(duì)配電自動(dòng)化故障處理的影響

饋線發(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(diǎn)，而故障區(qū)域的下游出點(diǎn)也會(huì)流過(guò)饋線上故障下游分布式電源提供的短路電流。一般認(rèn)為若流過(guò)故障區(qū)域的下游出點(diǎn)的短路電流接近流過(guò)故障區(qū)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(jié)所述，來(lái)自主網(wǎng)的短路電流一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(huì)助增流過(guò)故障區(qū)域的上游入點(diǎn)的短路電流，也即流過(guò)故障區(qū)域的上游入點(diǎn)的短路電流會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流過(guò)故障區(qū)域的下游出點(diǎn)的短路電流，很容易設(shè)置一個(gè)定值將它們區(qū)分開來(lái)，因此一般不會(huì)對(duì)傳統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)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(tǒng)并不需要因分布式電源大規(guī)模接入而推倒重來(lái)。

1.3、對(duì)電壓質(zhì)量的影響

分布式電源的接入對(duì)饋線的電壓具有抬升作用，而且對(duì)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(duì)其接入點(diǎn)的電壓抬升作用和電壓波動(dòng)作用最大。對(duì)于接入多臺(tái)分布式電源的饋線，其沿線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(guān)，DG為分布式電源，曲線縱軸U代表沿線電壓。

2、配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的消納能力

制約配電網(wǎng)對(duì)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(duì)繼電保護(hù)、配電自動(dòng)化故障處理等的影響。

2.1、對(duì)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(duì)其采取任何控制措施，配電網(wǎng)也有比較強(qiáng)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(wǎng)絡(luò)和協(xié)調(diào)控制，而僅僅根據(jù)分布式電源本地采集到的接入點(diǎn)實(shí)時(shí)電壓信息，對(duì)其輸出的無(wú)功功率或有功功率進(jìn)行本地調(diào)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(wǎng)絡(luò)，對(duì)若干大容量分布式電源甚至可控負(fù)荷進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以滿足電壓約束條件，這種消納方式，稱為協(xié)調(diào)控制消納方式。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)優(yōu)先采用自由消納方式，在其不能全面滿足要求時(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(qiáng)，應(yīng)該可以解決絕大多數(shù)問題，實(shí)在不得已才采用協(xié)調(diào)控制消納方式，因?yàn)閰f(xié)調(diào)控制消納方式依賴通信通道，使配電網(wǎng)變得比較脆弱。

由于協(xié)調(diào)控制消納方式已有大量文獻(xiàn)報(bào)道，本文不再贅述，而僅對(duì)自由消納方式和本地控制消納方式進(jìn)行論述。