水电站分布式电源接入的影响分析

水电站分布式电源接入的影响分析

赵艳龙1肖杨明2王正东3章程4蔡文斌5

（1.2.3.国网浙江安吉县供电有限公司浙江安吉313000；

4.澳大利亚悉尼大学；5.杭州耀杰信息技术有限公司浙江杭州310015）

摘要：随着分布式电源不断的深入应用，越来越多的分布式电源并入电网运行，而分布式发电并网运行对配电网运行的影响也越来越严重。本文首先梳理了分布式电源基本特征及其并网形式，对分布式电源并网特性进行分析，注重分析了光伏、小水电特性以及对配电网所产生的影响。本文从多方面详细分析了分布式电源接入配电网后带来的影响，分析结果表明只有更好的把控影响，才能更好的发挥分布式电源的优越性，才能实现新能源的合理应用。

关键词：分布式电源；电网运行；光伏；小水电站

引言

随着包括光伏、小水电、风电等可再生能源新型发电技术的发展，分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并在配电网中得到广泛的应用。

但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响，如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等。因此及时跟踪国际国内的先进，开展分布式电源并网特性研究探讨，掌握其并网特性，对配电网稳定、安全运行具有重要的意义。

1.分布式电源概述

1.1分布式电源定义

综合国际上有关国家及组织界定标准和我国电网特点，分布式电源一般可定义为：利用分散式资源，装机规模小，位于用户附近，可就地消纳，通过10（35）干伏及以下电压等级接入的可再生能源、资源综合利用和能量梯级利用多联供发电设施。分布式电源发展与其分散性资源分布特点密切相关，分散性资源决定了分布式电源的发展必须因地制宜，充分考虑资源分布、密度、地域及负荷特性。我国分布式电源发展重点是风电、光伏发电、小水电和小型天然气多联供等技术类型。

1.2分布式电源并网形式

与电网直连，即带有增速设备的异步发电机，其产生的工频交流电能够直接经变压器接入电网或直接使用；通过电子设备与电网相连，即通过变频后并网。

2.光伏电源特性分析

与常规电源相比，光伏电源具有无污染、可再生、灵活性强等优点。光伏电源利用太阳能发电，实习了零排放，不会对环境造成不良影响。而且太阳能几乎是一种取之不尽，用之不竭的能源，具有可再生性，对于解决人类面临的日益严峻的能源问题具有重要意义。对于偏远地区而言，无需建设输电线路就可以直接就地发电并供电，对偏远地区人员解决用电问题同意具有重要意义。

然而，光伏发电作为电源而言，由于太阳能受天气、地形、地理位置、受辐照度和环境温度等因素影响较大，所以光伏电源的输出功率存在很大的不确定性、随机性和波动性。受到这一因素影响，分布式光伏电源并网对于配电网的结构设计、负荷控制都将产生显著影响。另外由于光伏发电需要采用电力电子装置并网，将会产生谐波，对电能质量产生一定的影响。下面就影响因素以及对配电网带来的影响做进一步分析说明。

2.1光伏发电影响因素分析

光伏发电根据其运行特性，主要受天气情况、太阳照幅度、温度等影响，下面分别开展分析。

（1）天气情况对光伏发电影响

图3温度对光伏发电影响

上图是一组pV组件测试数据能对温度与组件发电效率的影响更直观的显示出来，在正午12点附近，图中光伏组件的温度达到60摄氏度左右，光伏组件的有功功率大约仅有85%左右。组件的电压随温度的升高而下降较为明显，故光伏系统的最大有功功率并不一定出现在太阳辐照度最大时。因此在组件安装设计时必要的空间让组件下层空气流动进行降温是非常有必要的。

2.2光伏发电对配网运行影响

（1）对电网结构影响

传统电网建设通常采用的是以发电站和各种规格变电站为核心的网状单端辐射模式。即电网主要由各个核心通过网状电路流向千家万户。光伏分布式电源规模接入电网后，电网将像多端复杂模式转变，以此来适应分布式电源的上网需求。

（2）对电能质量影响

光伏电源并网需要引入大量的电力电子设备，这样会增加电网的非线性负载，将直接导致电压波形、电网电流的变化，对电能质量造成负面影响。光伏电源的起动和停运与用户需求、气候条件等众多因素有关，其不确定性易造成配电网明显的电压闪变。同时，若光伏电源输出突然变化，分布式电源和反馈环节的电压控制设备相互影响也易直接或间接引起电压闪变。

谐波污染问题是分布式光伏大量接入配电网后一个不可忽视的问题。光伏阵列通过逆变器将产生的直流电转变为交流电，不可避免地会产生谐波。当分布式光伏电源大量接入时，谐波源的数量会显著增加，在电网中可能会产生高次谐波的功率谐振。

（3）对配电网安全性影响

我国的配电网最为基础的工作条件就是安全运行。不在计划中的孤岛问题若不能够得到有效的解决和预防，就会对配电网的安全运行产生不利影响，严重的还会对相关的工作人员生命财产安全产生威胁。但是依据具体的研究报告显示出，因为光伏电源逆变器本身就带有反孤岛的功能，在很大程度上保护了工作人员，避免其发生触电事故。但因为在配电网中接入大量的分布式光伏电源，就对电力系统中的潮流功率方向造成了转变，这就会造成原先有明确方向的继电保护设施不能够良好的运行，如果电力系统发生故障的话，继电保护设备就不能够有效的对电力系统进行保护，对其安全性有着严重影响。

（4）对系统保护影响

当光伏发出的电能并入配电网后，配电网原本的单端供电以及辐射状供电网络将会改变，然而原有的继电保护设定依据仅仅是以短路电流的大小来配置的，保护不具备方向性，因此当故障发生时，会导致电网保护误动作。此外，由于光伏发出的电能的不确定性，无法准确计算并网后的短路阻抗，从而不能准确的对保护电流值进行鉴定，将会导致配电网系统中保护之间的配合和保护正确动作受到影响。智能化变电站将是未来配电网的发展方向，依靠先进的测量计算和通讯技术可以对光伏并网后的电网保护产生积极的影响。

3.小水电并网特性分析

小水电作为一种清洁无污染、可再生具有良好生态与社会效益的绿色能源类型，其重要性日益突出。小水电在解决农村用电、带动农村经济社会发展、改善生产生活条件、促进节能减排等诸多方面发挥了重要作用。我国的小水电资源丰富，分布广泛。经过几十年的建设，国内小水电发展己达到相当规模，特别是在新世纪国家提出节能减排、绿色科学发展的要求后，小水电得到了更迅速的发展。

小水电是我国装机规模最大的分布式电源，具有以下特点：单站装机容量小，适合就地分散开发、就近接人配电网；发电成本和投资较低，可以实现商业化运行；设计要求不高，技术装备成熟等特点。

3.1小水电特性分析

小水电以分布式发电的形式在配电网大规模并网发电，改变了传统的配电网运行方式，从原来的无源网络变为有源网络、单向潮流变为双向潮流，尤其是沿线电压分布不均和电压大幅波动的情况日益凸显。小水电并网主要有以下几个特点

首先是系统布局不合理。由于目前许多农村配电网为树形延伸拓扑结构，整体结构并不完善。用电负荷增加时，电网上的消耗增加，故障率也增高。有些地方小水电的建设和发展在配电网形成之后，小水电一般直接就近接到己有配电网内，随着小水电的建设，原有的配电网线路当做小水电的输电线路来使用，由于导线截面不大，线路的损耗加剧，直接影响到小水电的经济效益及电能质量。

其次是继电保护装置不配套。地方小水电系统因设备简单，继电保护装置也较简单，一般均不设专门的继保机构，整个系统的继电保护从型式选择、整定计算以及各级之间的相互配合等的设计、安装、调试工作无专人负责。如果配电网的继电保护整定是在小水电投入使用之前进行，小水电投入后由于网络结构及潮流流向的改变，而原有的继电保护装置整定值没有及时相应调整，容易造成保护装置的误动、拒动或者越级跳闸等，造成不应有的停电。

此外，小水电在不同售电协议下，不受电网的统一调度管理，其相对独立的运行特征表现为“无序并网”行为，对现有配电网的稳定运行造成极大冲击。其中，小水电无序并网的电压控制问题成为实际运行控制和管理中的难点。电网的电压过高或者过低，容易引起潮流的不合理分布，导致整个电网的经济运行水平下降，还会影响用电设备的安全运行，很可能使设备损坏，电力质量下降，发电量降低等。

3.2小水电对配电网运行影响

（1）对电网调度和实时监控的影响

一些地区的小水电因点多、面广使部分小水电通讯联系薄弱，不易采集小水电发电过程中产生的实时电流、电压、有功功率、无功功率等信息，不利于调度员的正确决策，调度命令难以及时到达，监控难度较大，易造成小水电无序发电，难以发挥相应资源优势和带动地方经济增长，甚至会增加电网压力和发电行业整体成本。

（2）对电能质量的影响

电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。小水电引起配电网的各种扰动会对系统电能质量产生影响：①易造成系统的电压闪变；小水电的起动和停运与气候条件等众多因素有关，其不确定性易造成配电网明显的电压闪变；②易造成系统稳态电压的电压偏移超标；集中供电配电网一般呈辐射状，稳态运行状态下沿馈线潮流方向电压逐渐降低。接入小水电后由于馈线上的传输功率减少或功率上送以及小水电输出无功的支持，使沿馈线的各负荷节点处电压被抬高，导致一些负荷节点的电压偏移超标。我国小水电大部分是泾流电站，其发电受季节影响较大，易造成系统电压波动，影响电能质量；在平、丰水期其大量发电而拉高系统电压，枯水期发电较少使系统电压降低。

（3）对网络损耗的影响

小水电可能增大或减少网损，这取决于小水电的位置、容量、负荷量的相对大小以及网络拓扑结构等因素。小水电的输出电能受气候等因素影响，有明显的季节性，不能提供持续稳定的电力能源，同时输出电量会因外界众多因素变化而产生变化。因此配电网的潮流具有随机性，配电线路上的负荷潮流变化也较大。而小水电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，装置配置不合理，管理、监督不利，易造成运行中损耗较大。

（4）对系统继电保护的影响

由于辐射状配电网的潮流是单向的——从电源到用户，且考虑到配电网上80%的故障是瞬时的，所以传统配电网的保护设计通常是在变电站处安装三段式电流保护或反时限电流保护，主馈线上装设三相一次自动重合闸装置，支路上装设熔断器。根据“仅断开故障支路，对瞬时故障进行重合闸”原则，使自动重合闸装置与各侧支路上的熔断器相互协调，而每个熔断器又分别与其直接相连的上一级和/或下一级支路上的熔断器相互协调以实现配电网线路的保护，此种保护不具有方向性。小水电并入时配电网发生了根本性变化，辐射式配电网将变为一遍布电源和用户互联的网络，配电网成为一个多电源系统，这将对原配置的不具有方向性的保护设备造成一定的影响。

结语

本文首先梳理了分布式电源基本概念及其并网形式，对分布式电源并网特性进行分析，注重分析了光伏、小水电特性以及对配电网所产生的影响。随着分布式电源不断的深入应用，越来越多的分布式电源并入电网运行，而分布式发电并网运行对配电网运行的影响也越来越严重。本文从多方面详细分析了分布式电源接入配电网后带来的影响，分析表面只有更好的把控影响，才能更好的发挥分布式电源的优越性，才能实现新能源的合理应用。

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