分布式电源并网对配电网影响的研究_赵毅

1、第8卷第1期2012年1月沈阳工程学院学报(自然科学版Journal of Shenyang Institute of Engineering (Natural Science 收稿日期:20111110基金项目:辽宁省自然科学基金项目(201102161;沈阳工程学院青年基金项目(LGQN-1106作者简介:赵毅(1982,男,沈阳人,助教,硕士分布式电源并网对配电网影响的研究赵毅,孙文瑶,许傲然(沈阳工程学院电气工程系,沈阳110136摘要:介绍了分布式发电技术及其在配电网中的应用,通过仿真算例分析了分布式电源并网对配电网网损、电压分布、电能质量、继电保护和规划设计等方面的影响,为后续的研

2、究提供了参考关键词:配电网;分布式电源;网损;电压分布;电能质量中图分类号:TM732文献标识码:A文章编号:16731603(2012010011031分布式发电技术概述分布式发电(Distributed Generation ,DG ,又称分布式电源是指直接接入配电网或分布在用户现场附近的容量规模较小的发电系统DG 主要用以满足特定需要,并能够经济、高效、可靠地发电其能源形式主要包括太阳能、风能、内燃机、热电联产、微型燃气轮机和燃料电池等1随着电力市场的进一步开放以及分布式发电成本的逐年降低,DG 将在电力系统的供电量中占据越来越多的份额我国城乡大多数的配电系统仍以辐射状链式结构为主,随着

3、大量的DG 接入配电网,使配电网从辐射状的网络变成遍布电源和用户的互联的网络,如图1所示这将会对配电系统的结构和运行产生很大的影响DG 的接入使得配电网中各支路的潮流不再是单方向流动,从而改变了传统电力系统的运行模式 图1含分布式电源的辐射状配电网络模型文献2研究认为,位于负荷中心的DG 系统对配电网的电压分布有重大影响,影响程度与DG 的接入位置和注入容量关系密切同时DG 的引入必然会改变配电网的潮流分布,也会对网络损耗产生重大影响,而DG 的接入位置、负荷容量、接入方式和运行方式对配电网造成的影响也不同文献4研究了不同类型DG 接入配电网对静态电压稳定指标的影响,得到的结论能指导分布式发电

4、装置的安装位置其中将光伏发电看作PV 节点,而且有利于提高系统静态电压稳定性,且应安装在最薄弱支路处受端但对于建筑光伏,实际情况是先根据地区光照情况和建筑面积规划光伏发电,再研究其对电网电压的影响文献5提出了考虑电压调整约束后的准入功率优化计算模型,以确定在不需改变配电网结构和设备的前提下DG 的准入容量但在实际电网中,分布式光伏发电系统如建筑光伏发电系统并没有考虑电网的情况文献6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

5、配电网中,某些变压器并没有调压能力文献7从电网电压降落角度研究光伏发电接入配电网前后电网电压的变化,分别分析了单个和多个光伏发电接入对配电网电压的影响文献8详细分析了DG 的接入对原有的配电网继电保护和安全自动装置运行的影响,提出了一种在DG 并网时的保护及自动装置配置方案该方案将配电网原有的距离保护改造为允许式方向纵联保护,提高了并网变电站的供电可靠性,具有实际可行性·12·沈阳工程学院学报(自然科学版第8卷在DIGSILENT 软件平台上建立如图2所示的33母线测试系统,负荷为恒功率模型,模型参数来源于文献3从配电网网损、电压分布、电能质量、继电保护和配电网规划设计5个

6、方面,对DG 并入配电网的影响进行详细讨论 图233母线测试系统2DG 并网对网损的影响配电网的损耗主要取决于系统的潮流,DG 并网影响系统的潮流分布,也必然影响配电网的损耗DG 的接入可能使输送功率单相流动的传统情况发生改变,进而增大也可能减小系统损耗,这主要取决于DG 的接入位置、容量与负荷量的相对大小以及网络的拓扑结构等因素在图2所示的测试系统中,分别改变DG 的接入位置、相对注入容量,经过定量分析,得到相应情况下的系统网损数据曲线,如图3、图4所示 图3分布式电源接入位置与系统网损率关系曲线 图4分布式电源接入容量与系统总网损关系曲线仿真算例表明,系统网损和DG 接入位置有关,在117

7、馈线上系统网损先降低后升高,其最低值出现在馈线中部在接入位置不变,容量增大时,系统总网损的变化规律是先减小后增大,但接入的最大容量不应大于系统的负荷容量3DG 并网对电压分布的影响在图1所示系统中,DG 注入前m 节点电压为:V m =V 1mk =1Nn =k P n R k +Nn =kQ n X k V k 1(1可见节点电压与线路传输功率密切相关,而线路传输功率与负荷功率相关假设在m 节点并入容量为P DG +j Q DG 的DG ,相当于改变该节点的负荷功率,其节点电压变为:V m =V 1mk =1(Nn =kP n P DG R k +(Nn =kQ n Q DG X kV k

8、1(2由式(2可知,注入DG 后,导致线路传输功率与节点电压发生改变集中供电的配电网一般呈辐射状,稳态运行状态下,电压沿馈线潮流方向逐渐降低接入DG 后,由于馈线上的传输功率减少,使沿馈线各负荷节点处的电压被抬高,可能导致一些负荷节点的电压偏移超标,其电压被抬高多少与接入DG 的位置及总容量大小密切相关接入点电压V m 必须小于电压偏差要求的最大电压V max ,整条线路上电压才能满足要求,由此可确定线路最大接入的DG 容量在1节点、8节点、17节点接入容量为1000+j 500kVA 的DG ,其节点类型设为PQ 节点,进行潮流计算,结果如图5所示从图中不难发现DG 的接入可以提高系统的整体

9、电压水平,其接入位置与节点电压幅值密切相关DG 接入越靠近电源,对节点的电压影响越小,越靠近线路末端对电压的影响就越大图5分布式电源接入位置与电压幅值变化对比对于配电网的电压调整,合理设置DG 的运行方式很重要DG 出力较大时,若线路轻载,DG 将明显抬高接入点的电压如果接入点是在馈电线路的末端,接入点的电压很可能会越过上限,这时必须合理设置第1期赵毅,等:分布式电源并网对配电网影响的研究·13·DG的运行方式,如规定DG必须参与调压,吸收线路中多余的无功在重负荷时间段,虽然DG无出力,但其可提供无功出力,改善线路的电压质量4DG并网对电能质量的影响DG并网对配电网的电能质

10、量影响主要体现在:1造成系统的电压闪变DG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DG输出突然变化, DG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2对系统产生谐波污染基于电力电子技术逆变器的开关器件频繁开断易产生开关频率附近的谐波分量,对电网造成谐波污染3对系统电压波动的影响传统配电网中有、无功负荷随着时间变化会引起系统电压波动并网DG 对配电网电压波动的影响要视其具体情况,当DG与当地负荷协调运行时(负荷与DG输出量同步变化 DG将抑制系统电压的波动;若DG与当地负荷不协调运行时系统的电压波动将更严重并网DG由于接入位置、

11、容量和控制的不合理,常使配电线路上的负荷潮流变化较大,加大配电网电压的调整难度并使其发生波动5DG并网对继电保护的影响配电网常作为单电源网络规划,潮流方向通常是单向的,从高电压等级的上游电源流到下游的中低电压等级负荷,因而配电网的继电保护系统也是基于单电源网络设计的,具有单向性的特点随着DG的接入,配电网转化为多电源网络,原有的某些继电保护系统就会受到一定影响这是DG接入所导致的配电网保护问题的根本原因主要体现在对过电流保护、距离保护、孤岛运行、自动重合闸和故障电流方向等方面在线路发生故障后,继电保护以及重合闸的动作行为都会受到DG的影响对基于断路器的三段式电流保护的影响最为显著,如图6所示

12、图6三段式电流保护6DG并网对配电网规划的影响大量DG的接入使配电网对大型发电厂和输电网的依赖逐步减少,使得如何在配电网中确定合理的电源结构,如何协调和有效地利用各种类型的电源,在配电网规划中如何考虑DG的影响等问题的研究,成为迫切需要解决的课题1DG发电量的不确定性,需要大电网作为备用,所以并不能降低配电网的建设和改造费用而系统网损的大小、配电网建设改造投资多少都直接决定着电网的效益2传统的配电网计算分析和规划设计方法已经不适用于包含大量DG的配电网,因此,必须针对新型的电源结构和供电方式,研究适合DG接入的配电网分析理论和规划设计方案3DG并网增加了电力负荷的预测难度由于用户可根据自身实际

13、需要安装使用DG,与电力负荷相抵消,对规划区负荷增长的模型产生影响,从而更难准确预测电力负荷的增长及空间负荷分布情况4DG并网加大了配电网规划的不确定性由于DG安装点存在不确定性,而其输出电能的随机特性,不能为规划区提供持续的电力保证,使变电站的选址、配电网络的接线和投资建设等规划工作更加复杂和不确定5DG并网提高了配电网规划适应性要求虽然DG的大量接入能减少或推迟配电系统的建设投资,但若位置和规模不合理,则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7结论基于33节点测试系统,通过改变DG接入位置和容量,分析了系统的网损和电压分布,得到了影响网损和电压分布的一般规律分析了DG

14、并网对电能质量、继电保护和配电网规划的影响,为后续研究提供了可参考资料参考文献1Ackerman T,Anderson G,Seder LDistributed generation:adefinitionJElectic Power System Research,2001,57(6:1952042王志群,朱守真,周双喜,等分布式发电接入位置和注入容量限制的研究J电力系统自动化学报,2005,17(1:53583刘莉,姚玉斌,陈学允,等10kV配电网拓扑结构的识别及实用潮流计算J继电器,2000,28(2:1719(下转第20页·20·沈阳工程学院学报(自然科学版第8卷4

15、孙献斌,黄中大型循环流化床锅炉技术与工程应用M北京:中国电力出版社,2009440t/h circulating fluidized bed boiler performanceexperiment and analysis of the resultsLENG Jie1,XUE Zhi-jia2,XU You-ning2,SHI Jun-rui2(1Northeast Electric Power Research Institute Co,Ltd,Shenyang110006,China;2Department of Energy and Power Engineering Shenyan

16、g Institute of Engineering,Shenyang110136,ChinaAbstract:The paper introduces the method of experiments on440t/h circulating fluidized bed boiler performance in dalian taishan power plantThe experiments include measurement of the heat efficiency,air leakage test of air preheater, electric power test

17、for the boilers core auxiliary machines and so onThe items of the boiler performance experiment mainly are the selection of measurement devices,measurement method and the outcome analysisSome problems are drawn by analyzing the outcome of the performance test,and solutions are proposedKey words:circ

18、ulating fluidized bed boiler;performance experiment;results analysis(责任编辑洪广欢櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔(上接第13页4陈海炎,段献忠,陈金富计及配网静态电压约束的分布式发电规划模型与算法J电网技术, 2006,30(21:11145胡骅,吴汕,夏翔,等考虑电压调整约束的多个分布式电源准入功率计算J中国电机工程学报,2006,26(19:13176Choi J H,Kim J CAdvanced voltage regulationmethod of powerdistribution system interconnectedwith dispersed storage andgeneration systemsJIEEE Trans on Power Delivery,2001,16(2:3293347许晓艳,黄越辉,刘纯,等分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案J电网技术,2010,34(10:1401468庞建业,夏晓宾,房牧,等分布式发电对配电网继电保护的影响J继电器,2007,35(11:58Research on effect of distrib