谷彩连，冷晓华

(1.沈阳工程学院电气工程系，辽宁 沈阳 110136;2.国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司朝阳县供电分公司，辽宁 朝阳 122000)

1 引言

近些年，电力市场化改革不断深入，燃煤发电和核电的环境成本、经济成本逐渐增大，用户对电力供应的可靠性要求日益提高，随着可再生能源等新的发电技术获得快速发展，分布式发电(Distributed Energy Resources，DER)得到了越来越多的重视。分布式发电具有很多优点，例如，可降低系统损耗，延缓输电网和配电网的升级改造，提高供电可靠性以及降低温室效应等。由于分布式电源的容量较小，一般就近接入配电网。DER接入电网后将改变配电网的潮流分布、短路电流的流向和大小，从而深刻影响了配电网电压调节控制、继电保护配置及正确动作、网络损耗、电能质量及供电可靠性［1］，但同时分布式电源与配电网间的相互作用也将会产生一些问题，如果得不到合理的解决，接入系统的分布式电源可能会降低系统运行可靠性和电能质量，因此如何应对DER的接入是在智能电网建设进程中必须要面临的新课题。本文分析了DER的接入对电网造成的各种影响，并提出了消除负面影响的措施。

2 分布式电源概述

2.1 风力发电

风力发电是目前新能源开发中技术最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方式。利用天然风吹转叶片，带动发电机转子旋转发电。其运行方式可分为独立运行、并网运行、与其他发电方式互补运行如与柴油机组、与太阳能光伏发电、与燃料电池发电方式互补等［2］。需要说明的是，风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整，一般情况下风电机组不参与系统调频［3］。

2.2 太阳能光伏发电

太阳能的转换和利用方式有光热转换、光电转换和光化学转换等［4］。目前，技术比较成熟的、应用广泛的是太阳能光伏发电技术，即光电转换。光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。国际上利用太阳能光伏发电主要独立光伏发电系统、联网光伏发电系统、屋顶发电三类［5］，图1为并网光伏发电系统的组成结构。

图1 并网光伏发电系统组成

2.3 冷热电联供

冷热电联产(Combined Cooling Heating and Power，CCHP)是一种建立在能量梯级利用概念基础上，将制冷、制热(包括供暖和供热水)及发电过程一体化的供能系统。不仅提高了能源的利用效率，而且减少了碳化物和有害气体的排放，具有良好的经济效益和社会效益。图2为工作流程图。

2.4 微型燃气轮机

先进微型燃气轮机(Advanced Microturbine)是一种新发展起来的小型热力发电机，其单机功率范围为25～300kW，其基本技术特征是采用径流式叶轮机械(向心式涡轮机和离心式压气机)，在转子上两者叶轮为背靠背结构，采用高效板式回热器，大多数机组还采用空气轴承，不需要润滑油系统，结构简单。

图2 冷热电联供流程图

3 分布式电源对配电系统的影响

3.1 电能质量方面

3.1.1 电压

分布式电源并网后，地区电网的稳态电压分布发生变化。分布式电源的接入位置和容量对线路电压分布影响很大。相同容量的分布式电源接入在不同的位置时所形成的电压分布差别很大，光伏发电介入后将使线路电压升高，且线路某点电压变化趋势与该点后所有负荷大小和光伏发电出力有直接关系的结论［6］;文献［7］则研究了分布式发电对配电网电压分布的影响，从DG的容量、接入位置说明了其对电网电压的影响，提出了改变变压器分接头适应DG接入后的电压，在DG退出后投入电容器进行电压支撑，或利用调压器进行调节的方案，但在实际运行的配电网中，某些变压器并没有调压能力。分布式电源总出力越大，渗透率(分布式电源的容量与负荷量的比值)越高，电压支撑能力越强，整体电压水平就越高［8］。因此对接入分布式电源后的地区电网的电压分布进行评估。分布式电源并网不但对地区电网的电压分布影响显著，甚至引起电压稳定性问题［9－10］。一般来说，分布式电源的接入有助于电压稳定性的提高。但分布式电源采用的接口需要从电网中吸收无功功率时，对系统的电压稳定性有负面影响。当风电站接入地区电网后，由于风电厂输入的风能变化的随机性、间歇性，并且风电常采用异步发电机，需从地区电网吸收大量的无功，所以容易影响整个电网的电压稳定性，甚至会导致整个电网的电压崩溃［11］。从这一角度考虑，必须对含分布式电源的地区电网无功电压调度策略进行研究，保证整个地区电网的无功平衡;同时还必须具体研究分布式电源并网后，对地区电网的电压稳定性的影响性质和程度。

3.1.2 波形

分布式电源经过基于电力电子技术的逆变器接入配电网。在大型配电网中引入分布式电源后，一些重要母线的谐波电压水平可能会较高，我们可以采用在谐波电压水平较高的母线上安装特殊滤波器来抑制谐波电压;在含有光伏发电系统的配电网中，我们可以采用多功能逆变器控制策略，在光伏发电系统的逆变器中加入并联有源滤波器的功能，而且采用参考电压最大功率点跟踪控制策略来稳定电压源逆变器的输出电流，能够起到抑制系统谐波电压的作用。

3.1.3 频率

分布式发电系统并网运行时的频率要与地区电网的频率保持一致。通常情况下，分布式发电系统容量较小，其启停对地区电网的频率影响较小。但对于有功出力具有随机性和波动性的较大规模的分布式发电系统的地区电网，要采用一定的措施，如分布式发电系统与储能元件相结合，以维持稳定发电出力;或保持电网内具有足够的调峰电源，否则会引起系统的频率偏移［12，13］。同时，电力系统的频率变换会对分布式发电系统的发电机组造成影响，这要求调整分布式发电系统的发电机的转速，使其频率与电网保持一致。电力系统是一个实时动态平衡系统，发电、输电、用电必须时刻保持平衡。常规电源功率可调、可控，用电负荷的预测精度高，但在具有波动性和间歇性分布式发电系统的情况下，有功出力难以精确预测，这给电网调频带来一定程度影响。

3.2 配电线路的保护和定位

DG的接入将会增加配电线路的短路电流，进而影响上下游保护的故障判别能力。采用分散接入的DG对短路电流的增量可控制在0.545kA以下，对保护的整定值影响很小;而采用专线接入的DG将对保护的整定值有很大影响［14］。对于基于FTU的故障定位隔离技术，若未引入DG，发生故障时可通过任意两个相邻遥测点的电流大小来判断故障点，即两点均有或无短路电流，则故障点不在两点之间，否则故障点在两点之间;若线路中引入DG，则线路中的某些区段变为双端电源供电，需要通过两个相邻遥测点的电流方向来判断故障点的位置［15］。

3.3 配网规划方面

传统配电网规划主要是在满足负荷增长和安全可靠供电的前提下，根据规划期间网络中空间负荷预测的结果和现有网络的基本状况来确定最优的系统规划方案。但由于DG并网具有不确定性，使配电网规划变得较为困难［16］，主要表现为:DG的接入会影响系统的负荷增长模式，使原有配电系统的负荷预测和规划面临更大的不确定性，影响后期的系统规划;在配电网规划中，通常假定在规划期间规划区域内的电网负荷将逐年增加，因此会在规划中新建变电站，但由于DG的出现和并网，导致难以寻找最优的网络布置方案，不能得到科学的规划结果。

3.4 配电网可靠性

在含分布式发电系统的地区电网中，分布式发电系统能部分抵消电网负荷，减少进线的实际输送功率和提高输配电网的输电能力;同时分布式发电系统对地区电网电压支撑作用可以增强系统的电压调节性能［17］，对提高地区电网可靠性有重要的作用。当地区电网故障时，微网解列为孤岛运行，此时如果分布式发电系统的总容量大于孤岛内所有负荷之和，故障隔离后，分布式发电系统能保证非故障区的负荷继续供电，保证供电可靠性。分布式发电系统的并网对地区电网可靠性也会产生不利的影响。如分布式发的安装地点、容量、接线方式不恰当，也会降低地区电网的可靠性［18］;或由于维护或故障断路器跳闸等形成无意识的孤岛，可能出现电力供需不平衡，降低电网的供电可靠性。

3.5 配电网网络损耗［19］

(1)分布式光伏电源接入配电网后，网损变化与分布式光伏电源的出力水平、功率因数和配电网的R/X有关，在不同的分布式光伏电源有功注入水平下，随着配电网的R/X的增加，网损降低。

(2)随着配电网负荷水平的增加，较小的分布式光伏电源有功注入水平导致网损略微增加;当分布式光伏电源的有功注入水平很大时，导致网损增加很大。但随着负荷水平的增加，变化率减小。以超前功率因数运行的分布式光伏电源出力水平较大时，网损变化率对配电网负荷水平的变化更敏感。

(3)配电网的负荷功率因数不同时，分布式光伏电源接入后对网损是降低还是增加取决于分布式光伏电源的功率因数和有功注入水平。

(4)当分布式光伏电源出力水平和功率因数发生变化时，配电网的网损也将发生变化。随着光伏电源出力水平的增加，配电网的网损变化率呈开口向上的抛物线型。

3.6 对电力市场的影响

分布式电源的接入可能使配电网的某些设备闲置或成为备用。如:当分布式电源运行时，与配电系统相连的配电变压器和电缆线路常常因负荷小而轻载，导致配电系统部分设备成为相应的分布式电源的备用设备，从而使配电网的成本增加，供电局的效益下降。另外还可能使配电系统负荷预测更加困难［20］。而分布式电源由于规划布局不合理，中、低压供电线路长、覆盖面广，线路及产品和设备陈旧、老化，并网电量计量方式不当，装置配置不合理，管理、监督不利，易造成运行中损耗较大、经济效益低。

3.7 对可用输电能力的影响

可用输电能力的大小不仅能够衡量电力系统安全和可靠性，同时在一定程度上能够反映电力市场交易双方获得利润的多少，随着分布式发电的广泛开展其对的影响不容忽视。文献［21］建立了精确反映DG输出功率对线路潮流和节点电压影响的分析方法及数学模型，该模型定性反映了DG对ATC的影响，当线路容量成为装设有DG的互联电网间输电能力约束时调节DG输出有功功率来提高ATC，避免了支路堵塞。

4 对策

对减少分布式电源影响的对策和需要解决的内容如表1所示。

表1 分布式电源并网的对策

5 结论

随着全球资源环境压力的不断增大，社会对环境保护、节能减排和可持续性发展的要求日益提高。大电网与分布式光伏发电相结合，被世界许多能源和电力专家公认为是能节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式之一。本文较为全面的分析了分布式电源并网对配电系统的影响，并提出了相应的对策和研究方向，为后续研究提供重要的参考依据。

［1］顾晓辉，冯林桥，周明，等.面向对象的可视化电力系统分析软件研究［J］.电力自动化设备，2001，21(3):20－22.

［2］程明.新能源与分布式电源系统(下)［J］.电力需求侧管理，2003，5(4):43－46.

［3］张丽英，叶廷路，辛耀中.大规模风电接入电网的相关问题及措施［J］.中国电机工程学报，2010，30(25):1－9.

［4］李鑫，李安定，李斌.碟沟斯特林太阳能热发电系统经济性分析［J］.中国电机工程学报，2005，25(12):108－111.

［5］程明.新能源与分布式电源系统(上)［J］.电力需求侧管理，2003，5(3):44－46.

［6］王志群.分布式发电对配电网电压分布的影响［J］.电力系统自动化，2004，28(16):56－60.

［7］Choi J H，Kim J C.Advanced voltage regulation method of power distribution system interconnected with dispersed storage and generation systems［J］.IEEE Trans on Power Delivery，2001，16(2):329－334.

［8］IYER H，RAY S，RAMAKUMAR R.Voltage profile improvement with distributed generation［C］//IEEE Power Engineering Society General Meeting，San Francisco，USA，2005.

［9］李斌，刘天琪，李兴源.分布式电源接入对系统电压稳定性的影响［J］.电网技术，2009，33(3):84－88.

［10］AZMY A M，ERLICH I.Impact of distributed generation on the stability of electrical power systems［C］//IEEE Power Engineering Society General Meeting，an Francisco，USA，2005.

［11］王敏，丁明.考虑分布式电源的静态电压稳定概率评估［J］.中国电机工程学报，2010，30(25):17－22.

［12］Tran K，Vaziri M.Effects of dispersed generation(DG)on distribution systems［C］.IEEE Power Engineering Society General Meeting，San Francisco，USA，2005.

［13］郑漳华，艾芊，顾承红，等.考虑环境因素的分布式发电多目标优化配置［J］.中国电机工程学报，2010，29(13):23－28.

［14］Momoh J A，Sowah R A.“Distribution system reliability in a Deregulated Environment:A case study”，IEEE Transmission and distribution conference and exposition，2003，2:562－567.

［15］Barker P P，De Mello R W.“Determining the impact of distributed generation on power systems.I.Radial distribution systems”，IEEE Power Engineering Society General Summer Meeting，2006，3:1645－1656.

［16］王敏，丁明.含分布式电源的配电系统规划［J］.电力系统自动化学报，2004，16(6):5－9.

［17］Iyer H，Ray S，Ramakumar R.Voltage profile improvement with distributed generation［C］.IEEE Power Engineering Society General Meeting.San Francisco，USA，2005.

［18］谢莹华，王成山.基于馈线分区的中压配电系统可靠性评估［J］.中国电机工程学报，2004，24(5):35－39.

［19］李新，彭怡，赵晶晶，等.分布式电源并网的潮流计算［J］.电力系统保护与控制，2009，37(17):78－81.

［20］Edgar Demeo，William Grant，Miehael R.Milli gan，Matthew J.Sehuerger.Wind Plant Integration:Costs，Status，and Issues.IEEE Power Energy magazine，November/Deeember，2005:38－46.

［21］王俊，蔡兴国，季峰.分布式发电对可用输电能力的影响［J］，高电压技术，2011，37(12)3151－3156.

［22］Varming S，Gaardestrup C，Nielsen J E.“review of technical options and constraints for integration of distributed generation in electricity networks”，SUSTELNET project report，2003.

［23］“Modeling new form of generation and storage”，CIGRE technical brochure，2000(12).

［24］Dugan R C，Mcdermott T E.“Distributed generation，”IEEE Industry Applications Magazine，2002，8(2):19－25.

［25］Samahy I E，Saadany E E.“The effect of DG on power quality in a deregulated environment”，IEEE Power Engineering General Society meeting，2005，(3):2969－2976.

［26］M T，“Reviewing the impacts of distributed generation on distribution system protection”，IEEE Power Engineering Society Summer Meeting，2002(1):103－105.

［27］Barker P P，De Mello R W.“Determining the impact of distributed generation on power systems.I.Radial distribution systems”，IEEE Power Engineering Society General Summer Meeting，2006(3):1645－1656.

［28］Dugan R C，Mcdermott T E.“Operating Conflicts for Distributed Generation on Distribution Systems”，IEEE Industry Applications Magazine，2002，8(2):19－25.

［29］Girgis A，Brahma S.“Effect Of Distributed Generation On Protective Device Coordination In Distribution Subsystem，”IEEE Large Engineering Systems Conference on Power Engineering，2001:115－119.

［30］McDermott T E，Dugan R C.“Distributed generation impact on reliability and power quality indices”，IEEE rural electric power conference，2002.D3－D3_7.

［31］Kaur G，Vaziri M Y.“Effects of Distributed Generation(DG)Interconnections on Protection of Distribution Feeders”，IEEE Power Engineering Society General Meeting，2006:1226－1229.