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1、分布式电源接入对电网的影响综述 Advances in Energy and Power Engineering 电力与能源进展 , 2017, 5(1, 13-18 Published Online February 2017 in Hans. 文章引用 : 杨帆 , 段梦诺 , 张章 , 刘英英 , 徐晶 . 分布式电源接入对电网的影响综述 J. 电力与能源进展 , 2017, 5(1:An Overview of Influence on the Grid by Distributed Generation AccessFan Yang, Mengnuo Duan, Zhang Zhan

2、g, Yingying Liu, Jing XuEconomic Research Institute of Tianjin Electric Power Company, TianjinReceived: Feb. 7th , 2017; accepted: Feb. 20th , 2017; published: Feb. 23rd , 2017Abstract As the developmentof social economy, cascading failures caused by grids single power supply mode have happened some

3、 times, and that cant meet the demand of social economy development. On the other hand, energy shortage and environmental pollution problem is inevitable for grid construction. Distributed generation represented by renewable energy generation is flexible, safe and clean, and it provides a new idea t

4、o relieve the shortage of energy, solve the environmental pollution problem, and improve the reliability and flexibility of the grid. This paper analyzes the influences on grid by distributed generation access and the problems of distributed generation access. The development direction of distribute

5、d generation is proposed. KeywordsDistributed Generation, Grid Planning, Grid Reliability分布式电源接入对电网的影响综述杨 帆,段梦诺,张 章,刘英英,徐 晶国网天津市电力公司经济技术研究院,天津收稿日期:2017年 2月 7日;录用日期:2017年 2月 20日;发布日期:2017年 2月 23日摘 要随着社会经济的飞速发展,由于供电模式单一导致的连锁故障在大电网中的屡次发生,无法社会发展的 需求;另一方面,能源短缺、环境污染问题愈发严重,已经成为电力建设不可回避的问题。以可再生能 源为主的分布式电源具有

6、灵活、安全、清洁等特点,为节省投资、降低能耗与污染、提高电力系统可靠杨帆 等性与灵活性提供了新的思路。本文从多个角度分析了分布式电源接入对电网的影响,以及现状分布式电 源接入电网存在的问题,并对未来分布式电源的发展方向提出了展望。关键词分布式电源,电网规划,电网可靠性Copyright 2017 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY. 1. 引言随着社会经济的飞速发展,以大机组、大电网

7、、高电压为主的传统集中式单一供电方式已经无法满 足当今社会对电力供应高质量、高可靠性的要求;另一方面,大量消耗石化能源带来的环境污染问题愈 发严重。以太阳能和风力发电为代表的分布式发电 (distributed generation, DG具有灵活、安全、清洁等特 点,可以有效缓解能源匮乏和环境污染的问题。考虑到严峻的环境问题、未来能源问题等因素,为节省电网建设投资、降低电网运行损耗、提高电 力系统可靠性,由分布式电源发电与大电网相配合代替大电网单一供电方式成为未来发展的趋势。分布 式电源接入电网后,在电网发生故障的情况下,可保证重要用户的供电,进而大大提高供电的可靠性; 而清洁可再生能源可以

8、适应地球环境保护以及可持续发展政策的要求。因此,大力发展分布式电源发电 技术对保证能源供应、降低电网的建设成本、促进经济快速发展具有重要的意义。分布式电源接入电网后,传统电网结构将变为遍布电源和用户的网络,运行方式也将由于分布式发 电的随机性和间歇性而变化,进而对电网带来一定的影响。本文从多个角度阐述了分布式电源接入对电 网的影响,分析了现状分布式电源接入电网存在的问题,并对未来分布式电源的发展方向进行了展望, 为实现分布式电源与电网协调发展提供了一定的思路。2. 分布式电源接入对电网的有利影响2.1. 提高重要用户供电可靠性分布式电源的接入究竟会对电网供电可靠性的提高有何贡献,这是用户和电力

9、公司最关心的问题。 分布式电源对电网可靠性的提升作用主要从两个方面来考虑:一个是分布式电源本身的运行方式,即承 担的任务;另一个是合理的孤岛运行策略对电网可靠性的提高作用。文献 1考虑了两种情况下分布式电 源对提高电网可靠性的影响:一个是在负荷高峰时刻可能出现备用馈线电源容量不足,导致无法满足负 荷转移的需要,此时将分布式电源安装于两条馈线连接处以向馈线供电;另一种情况是在配电变电站内 安装分布式电源,可在配电设备故障时提供电源。基于以上原理,文献 1基于区间算法对分布式电源接 入前后系统的可靠性指标进行了计算,并分析了分布式电源在馈线不同位置接入对电网可靠性的影响, 但仅验证了分布式电源作为

10、备用电源在提高电网可靠性方面的作用。由于分布式电源种类多,考虑负荷需求不同其运行方式各异,对电网可靠性的影响也不同。分布式 电源的运行方式可以分为三种,一是承担基荷;二是作为备用电源;三是并网运行 2。孤岛是随分布式 电源接入配电网后产生的一种新的运行方式,按照其发生机理可分为非计划孤岛和计划孤岛 3。通过建 Open Access杨帆 等立计划孤岛可以使下游馈线中孤岛范围内的负荷点继续得到电力供应 4,进而提高系统供电可靠性。但 这种情况在传统配电网可靠性评估模型中无法计及,文献 5基于网络分区分块思想,提出基于网络分区 的故障恢复策略,当配电网主馈线故障而进入孤岛运行方式时,根据故障后负荷

11、是否可由孤岛内分布式 电源恢复供电对系统进行划分,以计及含分布式电源后配电网故障恢复策略的特征,更好地评估孤岛运 行情况下,分布式电源对保证用户供电提供的作用。配电网大面积停电时,孤岛是保障负荷不失电的重 要手段,考虑负荷优先级,通过孤岛融合、安全校验及负荷调节,可形成有效保障重要负荷持续供电的 孤岛搜索最优方案 67,进而最大限度的保证用户供电的可靠性。2.2. 降低电网运行损耗电网的运行损耗主要是由输电线路损耗、变压器损耗和其他设备损耗组成的。通常,分布式电源装 机容量较小且直接接入用户配电室,采用自发自用模式,可以实现分布式电源的就地消纳,减少电网的 功率输送,进而降低输电线路的损耗。当

12、分布式电源接入后,电网线路损耗的降低主要取决于分布式电源的接入容量、接入位置、功率因 数等:分布式电源的接入容量并不是越大越好,当其大于系统负荷量时,由于分布式电源向电网逆送功 率过大,电网线损反而增加 8;电网的降损效果则受分布式电源在馈线上的安装位置的影响,分布式电 源接入点靠近系统馈线根节点时对本段配电系统线损降低的改善作用不如靠近线路末端。因此,应根据 电网的实际负荷大小,通过优化分布式电源接入位置,合理设计分布式电源装机容量,以达到最大化降 低输电线路损耗的目的。3. 分布式电源接入对电网的不利影响3.1. 对电网规划的影响传统的电网潮流是由变电站流向各负荷,分布式电源的接入使得电源

13、与用户侧间的潮流由单向变为 双向,大大增加了电网的复杂性和不确定性 9。随着分布式电源在电力系统中所占比重越来越大,使得 电网规划必须充分考虑分布式电源接入对电网的影响。增加了电力负荷的预测难度分布式电源项目的接入位置和接入容量主要取决于申请项目用户的可用占地面积等实际情况,分布 式电源可为用户自身负荷所消纳,若分布式电源发电量大于用户负荷,还可能向周边其它用户供电,进 而影响该地区的负荷增长模型,导致难以准确预测电力负荷的增长及空间负荷分布情况 10。提高了配电网规划适应性要求接入位置和规模不合理的分布式电源可能导致配电网的某些设备利用率降低、网损增加,电网可靠 性降低 11。 为实现分布式

14、电源与配电网协调发展, 在选择最优电网规划方案时须考虑分布式电源接入的 适应性。3.2. 对配电网可靠性计算的影响1 对配电网可靠性评估模型的影响由于光照强度和风速的随机性和间歇性,使光伏发电和风电接入电网后带来了很多不确定性因素, 增加了配电网可靠性评估计算的复杂性,并使得传统的配电网可靠性评估模型无法适用。为了计及这些 不确定性因素对配电网供电可靠性的影响,需要对分布式电源输出功率的随机性进行较准确的建模,主 要分为解析法和模拟法。解析法主要采用简化模型,通过离散卷积得到含分布式电源的发电系统输出功 率模型 12;模拟法主要采用蒙特卡洛模拟法,为达到计算精度需要较大的计算量 13。为寻求具

15、有较高杨帆 等计算精度和较低计算成本的方法,可以采用点估计法,首先由分布式电源输出功率和配电网负荷的概率 分布分别构造电源出力和负荷点的估计点,再根据其与配电网可靠性之间的确定性关系得到完全计及分 布式电源输出功率和负荷水平随机性的配电网可靠性指标 14。 为了减轻分布式电源出力的随机性和间歇 性对配电网带来的影响,可以采用储能装置以平滑分布式电源出力,挖掘其提升供电可靠性的潜力 15。 文献 16建立了含分布式风机、 光伏阵列和蓄电池的可靠性计算模型, 用以定量分析计算含分布式电源和 蓄电池的配电网可靠性指标,并从分布式电源容量以及蓄电池容量、型号、充放电策略几个方面分析了 对可靠性的影响,

16、该方法适用于分布式电源渗透率不高且上级系统容量充足的配电网可靠性评估。 2 对可靠性评估指标体系的影响分布式电源模型及运行方式的不同对电网可靠性可能产生积极或消极的影响,而传统的评估指标不 能很好的评价分布式电源对可靠性影响的优劣,因此亟需在可靠性评估体系中引入能够合理评价分布式 电源影响的指标。目前对含分布式电源的电网可靠性研究多侧重于可靠性模型和算法方面,对考虑分布 式电源接入后可靠性指标体系的研究相对匮乏。总体来说,含分布式电源的电网可靠性评估指标体系应 能体现其具有间歇性出力与储能特性、 孤岛运行特性、 经济与环境收益特性等特点 17。 分布式电源可靠 性指标可从时间、出力情况、系统总体三个层面定义 18,全面反映分布式电源的运行情况、出力水平、 故障情况以及系统实际