针对含分布式电源的配网无功补偿方法研究

针对含分布式电源的配网无功补偿方法研究

谌坚勇

关键词：含分布式电源；

1、分布式电源的基本特点

分布式电源是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网，且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。分布式电源类型包括太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电（含煤矿瓦斯发电）等，以同步电机、感应电机、变流器等形式接入电网。

分布式电源占地分散，投资较小，能够就地独立向用户提供有功功率，必要时还可向用户补偿无功功率，减少了大容量远距离高电压输电线建设，也减少了高压输电线的电磁污染以及大规模供电事故的发生。但是分布式电源的接入，将电网由单电源辐射网络结构变成多源网络结构，改变了传统电力系统的运行模式。因此分布式电源接入电网会对电网产生多方面影响，包括电网规划、电能质量、供电可靠性等。

2、分布式电源接入对电网的影响

2.1对电网规划的影响

分布式电源并网对电网规划的影响有以下几点：

（1）电网规划是在负荷预测、电源规划之后，而分布式电源的位置、容量及负荷的不确定，导致接入的电网规划突破了传统的方式，给电网系统的负荷预测和规划带来许多未知因素。

（2）电网本身节点数非常多，系统增加的大量分布式电源节点，使得在所有可能网络结构中寻找最优网络布置方案更加困难。

（3）由于目前我国分布式电源的投资建设者多为个人或者私营企业，项目建设主要考虑经济因素，忽视项目远景规划的情况时有发生，因此，分布式电源的建设可能只考虑当前需求，并不具备前瞻性，从而失去电网规划的参考价值。

2.2对电能质量的影响

分布式电源并网对电压幅值及谐波都有很严重的影响：

（1）传统电网在稳态运行状况下，其电压沿馈线潮流方向逐渐降低，而分布式电源的接入，不仅改变了电压的分布，分布式电源功率随机变化还会影响与当地负荷的协调运行，引起电压波动、电压闪变，从而导致电压幅值无法满足设备正常运行要求。

（2）分布式电源的能量转换存在间歇性和不稳定性，需依赖整流设备将产生的电能转换成为工频电压，而分布式电源中所采用的大量的电力电子设备，作为谐波干扰的主要谐波源，在不同的接入条件下，可能会造成不同程度的谐波畸变。

3、分布式电源接入方案选择原则和方法

3.1接入方案选择原则

3.1.1保证当前电网安全

分布式电源接入不应对原有配电网的运行和用户正常用电带来不良影响，因此选择确定接入方案时应首先以保证当前本地区配电网的运行安全为依据。当接入容量或接入点的选择导致配电设备过载、用户端电压超标时必须调整接入方案或调整接入容量。

3.1.2促进分布式电源就地消纳

鼓励分布式发电的核心目的是充分利用其发电来满足当地负荷供电，以减少大规模输变电带来的电力损耗，同时大规模的功率返送对系统调度运行也将带来影响，因此分布式电源接入方案选择的第二原则为就地消纳。在方案选择时需要尽可能精确地测算发电与负荷的容量及时间特性，优先选择使发电能够在本配电台区或上一级变电站供电区域内完全消纳的方案。这一原则也体现为就近接入和灵活接入，在满足电网安全和保证消纳的基础上，可以充分利用附近配电网设施以方便灵活的方式接入，以减少接入投资和建设改造的工程量。

3.2接入方案选择方法

选择确定分布式电源接入配电网方案是一个统筹分析发电与电网情况，互相协调、不断适应的过程，可以参考以下主要步骤。

（1）分析分布式电源发展规模与地域分布。如采用集中电站模式(10kV或20kV)接入，则初步确定电站规模和位置;如采用380V(220V)低压接入，则根据发电分布和配电台区地理划分情况初步确定各台区包含的分布式电源装机容量。当不能确定分布式发电采用何种模式(中压集中或低压分散)接入时可以分别考虑不同方案类型。

（2）分析分布式发电的消纳方式和范围，计算校核配电网的适应性。根据当地负荷分布、负荷特性和发电容量、发电特性分析接入台区(变电站)可能产生的最大返送功率;当总发电能够消纳时还需要计算各段线路的潮流情况并分析电压分布;如存在较大返送功率需要定量计算此时各线路的最高电压和设备荷载情况。

（3）根据实际存在的问题调整接入方案。当分布式电源接入线路末端使电压不满足要求时可将并网点尽量向上级配电出口靠近以降低线路电压抬升;当设备容量不足时需要调整当前项目接入容量，分阶段并网并尽快开展配电网扩容改造。

4、含分布式电源的配网无功补偿方法

4.1低压就地无功补偿

根据用电设备无功的产生量将单台或多台低压电容器组并连用电设备，通过控制、保护装置与电机同时投切。从源头上转化了无功能量，减少大量的线路损耗能量，提高配变利用率，降低了视在功率;无功补偿与用电设备同进同退;单个设备、占位小、安装容易，真实有效地减少大量的视在功率，节电(节能)效果显著，但是一次性投资金额较大，对自动补偿控制器的响应要求高，不易测量单机节电效果。

4.2低压集中、分组无功补偿

将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷直接控制电容器的投切。低压集中、分组补偿，仅能补偿无功能量对变压器的“涡流效应”引起的配变利用率过低，在一定程度上提高配变利用率;同时对无功能量起到阻隔作用，防止无功能量闯入上一级电网造成电压的波动，降低网损。低压集中无功补偿，企业投资大而收益少，主要起到的是对低压侧无功的阻隔作用，对上游电网的贡献大，社会效益大，而企业节约电费的收益非常有限。

4.3并联电容器组

并联电容器组直接装在变电所的6,10kV中压母线上的中压集中无功补偿方式:当用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又处于一定的高压负荷时，能减少对电力系统无功消耗，起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，对无功能量起到阻隔作用，防止无功能量闯入上一级电网造成电压的波动，降低网损，保护上游电网。同时便于运行维护，社会效益巨大。

4.4无功补偿算法

无功补偿问题就是找出电容最优补偿位置及容量的问题,它是一个在满足约束条件下求目标函数极值的复杂非线性问题。因目标函数与约束条件的非线性、控制变量的离散性与连续性相混合等特点,其问题的关键集中在对非线性函数的处理、算法的收敛上和如何解决离散变量的问题。

5、结束语

随着配电网及分布式发电在技术、设备方面的进步和配电网规划建设的大力开展，影响分布式电源接入的瓶颈将逐渐被突破，配电网接纳分布式电源的能力必将明显提高，微电网、虚拟发电厂等将成为分布式电源接入的主要载体。

参考文献：

[1]齐占宇,庄园,王博.分布式电源并网与地域电网的影响[J/OL].农村电气化,2016,(09):55-56(2016-11-23).

[2]王世勇,孙健.分布式电源并网对电网规划的影响研究[J].电气应用，2015，34(S1):21-24.