趙輝程，李 煜，李文書

(國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210019)

分布式電源(distributed generation，DG)區(qū)別于傳統(tǒng)集中發(fā)電、遠距離傳輸和大互聯(lián)網(wǎng)絡的發(fā)電形式，是指在用戶所在場地或附近建設安裝，運行方式以用戶端自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)，且以配電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的發(fā)電設施或有電力輸出的能量綜合梯級利用的多聯(lián)供設施。分布式電源對優(yōu)化能源結構，推動節(jié)能減排，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 DG對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響分析

隨著DG滲透率的不斷提高，其對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響逐漸顯現(xiàn)。

(1) 對規(guī)劃的影響。DG投資主體分散，具有發(fā)展隨意性強、建設周期短的特點，增加了規(guī)劃的不確定性，加大了電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展難度。

(2) 對電網(wǎng)結構的影響。DG并網(wǎng)使得配電網(wǎng)拓撲結構和潮流分布發(fā)生改變，成為多電源、環(huán)網(wǎng)狀電網(wǎng)，潮流由單向變成雙向流動，增加了配電網(wǎng)網(wǎng)架構建的復雜性。

(3) 對電能質(zhì)量的影響。DG的間歇性、波動性易引起電壓偏差、波動和閃變等問題，電力電子設備大量并網(wǎng)導致配電網(wǎng)諧波治理難度加大。

(4) 對保護控制的影響。目前，配電網(wǎng)整體自動化、信息化水平不高，通信通道覆蓋率低，難以實現(xiàn)對DG信息的全面掌握和管理，形成運行控制盲點。

1.1 對電能質(zhì)量的影響

1.1.1 電壓偏差

DG接入后，對系統(tǒng)電壓具有支撐作用。接入點越遠離系統(tǒng)母線，對線路的電壓影響越大；接入點越分散，對系統(tǒng)電壓的支撐作用越大；裝機容量越大，對系統(tǒng)電壓的影響越大。DG功率因數(shù)由超前變?yōu)闇蟮倪^程，也是DG由吸收無功功率變?yōu)檩敵鰺o功功率的過程。當DG發(fā)出的無功功率大于負荷吸收的無功功率時，饋線上的最高電壓將出現(xiàn)在DG所在的節(jié)點處。由于饋線上的傳輸功率減小以及DG輸出無功功率支持，各負荷節(jié)點處的電壓被抬高，對電壓偏差造成影響。如圖1所示，以鏈式配電網(wǎng)為例，中輕負荷時DG的接入會導致某些節(jié)點電壓偏差超過限值，進而引起用戶側過電壓。

圖1 DG并網(wǎng)對電壓偏差的影響

1.1.2 電壓波動

一方面，DG輸出功率的變化會引起電壓波動。由于DG的啟動和停運與自然條件、用戶需求、政策法規(guī)、電力市場等諸多因素有關，不規(guī)則啟停會導致輸出功率波動。對于光伏、風力等自然能發(fā)電系統(tǒng)，外界能源輸入的變動是輸出功率變動的主要原因；對于熱電聯(lián)產(chǎn)機組，供熱要求的變動會引起輸出功率的變動。另一方面，DG的并入增加了系統(tǒng)短路容量，既提高了系統(tǒng)電壓強度，又抑制或削弱了區(qū)域配電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)的電壓波動。此外，單相DG的并網(wǎng)會加劇不平衡問題。

1.1.3 諧波污染

DG通過電力電子設備接入配電網(wǎng)，其開關器件頻繁閉合易產(chǎn)生開關頻率附近的諧波分量，對電網(wǎng)或用戶造成諧波污染。諧波的類型和嚴重程度取決于功率變換器技術和DG的互聯(lián)結構。對于光伏發(fā)電而言，逆變器使用大量的電力電子元件，在將直流轉換為交流的過程中不可避免地產(chǎn)生諧波。根據(jù)電機繞組的設計情況、鐵芯的非線性化、電機接地情況及其他因素，旋轉電機和同步電機也可能給電力系統(tǒng)帶來大量諧波。

一定容量的DG接入配電網(wǎng)，會對饋線上的諧波電壓和電流分布產(chǎn)生影響。在接入位置不變的情況下，DG的總出力占比越高，同一饋線沿線各負荷點電壓總諧波畸變率越大；DG越接近系統(tǒng)母線，對系統(tǒng)的諧波分布影響越小。DG導致的諧波會引起一些問題，如電壓畸變超標、電容組的共振等。

1.1.4 供電可靠性

DG對供電可靠性的影響與安裝地點、容量、連接方式等有關。當DG作為備用電源接入電網(wǎng)時，提高了配電網(wǎng)的供電可靠性，但經(jīng)濟性不高。當配電網(wǎng)作為DG的后備電源時，DG處于經(jīng)濟運行工況下，用戶只需支付很小的電量差價，就可獲得可靠性高的供電，但對配電網(wǎng)的可靠性沒有實質(zhì)改變。研究表明：當饋線發(fā)生故障時，可能出現(xiàn)孤島運行，因此DG安裝在負荷密集處，更有利于提高供電可靠性。當DG承擔基本負荷時，DG本身的質(zhì)量將是影響供電可靠性的最主要因素。

1.2 對配電網(wǎng)繼電保護的影響

故障情況下，除系統(tǒng)電源向故障點注入短路電流外，DG也向故障點注入短路電流分量，較原系統(tǒng)(無DG并網(wǎng))而言，因后續(xù)并網(wǎng)的DG會改變系統(tǒng)短路電流的大小與方向，故原有繼電保護配置已無法滿足運行要求。DG對短路電流產(chǎn)生的具體影響與其裝機容量、接入點的位置密切相關，下面結合含DG的典型配電網(wǎng)結構(見圖2)具體分析。

圖2 含DG的典型配電網(wǎng)結構

1.2.1 對繼電保護的影響

當DG1上游f1故障時，P1保護能可靠動作切除故障。但DG1將對故障點持續(xù)注入短路電流，可能使故障點電弧持續(xù)，造成線路重合閘失敗，擴大停電事故；若DG2容量足夠大，流過保護P2的反向故障電流達到動作值時，保護P2快速動作切除故障，同時DG與系統(tǒng)解列形成電力孤島。

當DG1下游f2故障時，由于DG分流作用，使流過上游P1開關的故障電流減小，靈敏度降低，可能發(fā)生拒動；由于系統(tǒng)電源和DG的共同作用，流過下游P2開關保護的電流增加，擴大電流速斷保護的保護范圍，繼電保護的選擇性可能無法滿足。當相鄰饋線f3故障時，DG提供的反向故障電流經(jīng)保護P1流向故障點，若反向故障電流達到動作值時，必然引起保護P1誤動作。

1.2.2 對重合閘動作方式的影響

DG并網(wǎng)后，當斷路器因線路故障跳閘時，若DG不能及時退出運行，將產(chǎn)生非同期重合閘和故障點電弧重燃的威脅，使自動重合閘失敗。同時，故障后形成孤島系統(tǒng)，一般與主網(wǎng)不能保持同步；重合閘動作時，還可能形成非同期重合閘，從而對電網(wǎng)和DG造成巨大沖擊。因此，自動重合閘動作時，必須考慮兩側保護的時間配合和電源同步問題。

1.3 對電網(wǎng)調(diào)控運行的影響

1.3.1 加大電網(wǎng)調(diào)控的風險

與傳統(tǒng)電廠相比，DG容量小、數(shù)量多，分布具有很大的隨機性。電網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)控人員難以及時、全面掌握，加大了電網(wǎng)調(diào)控、運維檢修資料的補充及更新的工作量，同時也增加了漏監(jiān)控、誤調(diào)度、倒送電的風險。

1.3.2 提高負荷預測的難度

由于DG多以用戶自發(fā)自用為主，從某種意義上說，DG的接入增加了系統(tǒng)的備用容量，起到削峰填谷、平衡負荷的作用，相當于減少配電網(wǎng)系統(tǒng)的負荷增長，導致原有負荷增長預測模型不適用。DG對電力電量平衡以及最大負荷功率預測的準確性均有較大的影響。DG大量并網(wǎng)后，如何解決其與實際負荷的擬合問題，已成為配電網(wǎng)規(guī)劃研究的焦點之一。

1.3.3 增加潮流計算的復雜度

極端情況下，當系統(tǒng)中各節(jié)點接入的DG剛好滿足該節(jié)點負荷需求時，線路中將不需要傳輸功率。由于大部分DG的輸出功率不恒定，負荷也不恒定，所以潮流方向可能出現(xiàn)變化，這就要求潮流計算能夠解決潮流反向問題。配電網(wǎng)的潮流流向和傳輸功率大小都不能確定，且網(wǎng)絡損耗大小也是變化的。針對不同類型的配電網(wǎng)絡和DG，可建立相應的數(shù)學模型或考慮多種負荷方式，將DG和負荷的混合節(jié)點作為PV或PQ節(jié)點來處理。

1.3.4 對電網(wǎng)備用容量的影響

電網(wǎng)中接入DG的功率波動特性與電網(wǎng)負荷波動特性一致時，分布式能源就具備自然調(diào)峰作用；反之，將會使電網(wǎng)調(diào)峰問題變得更加突出。DG并網(wǎng)后，電網(wǎng)的可用調(diào)峰容量減去平衡負荷波動的備用容量后，剩余可用調(diào)峰容量就用于DG調(diào)峰。如果整個電網(wǎng)用于DG的備用容量有限，無法完全平衡DG的功率波動時，就需要限制DG的滲透率。

DG接入電網(wǎng)的波動是由風力發(fā)電、小水電、光伏發(fā)電等引起的，而風電功率、光伏功率的波動對電網(wǎng)則完全是隨機的，最嚴重時相當于全部DG裝機容量大小的功率在短時間內(nèi)投入或切出。因此，接入大量的DG必須考慮配備相應容量的備用電源，以便在輸出功率波動時平衡發(fā)電與負荷需求，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

1.3.5 對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

大規(guī)模DG接入電網(wǎng)時，對無功功率需求是導致電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性降低的主要原因。DG并網(wǎng)可能改變配電網(wǎng)的功率流向和潮流分布，這是原有電網(wǎng)在規(guī)劃和設計時未曾考慮的。因此，隨著DG注入功率的增加，DG附近局部電網(wǎng)電壓和聯(lián)絡線功率將超出安全運行范圍，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著DG裝機容量在系統(tǒng)中所占比重的不斷增加，輸出的不穩(wěn)定性將對電網(wǎng)功率沖擊效應不斷增大，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響就更加明顯，嚴重時將使系統(tǒng)失去動態(tài)穩(wěn)定性，導致整個系統(tǒng)瓦解。

1.4 對涉網(wǎng)作業(yè)安全的影響

DG的接入增加了配電網(wǎng)絡結構的復雜程度，也增加了配電網(wǎng)的涉網(wǎng)作業(yè)的安全風險。在配電網(wǎng)檢修或故障的情況下，可能由于DG向系統(tǒng)倒送電造成安全措施不到位，對作業(yè)人員的人身安全構成威脅。而且，這種潛在威脅將隨著DG數(shù)量的不斷增加而持續(xù)加大。

1.4.1 通過10 kV系統(tǒng)并網(wǎng)的DG

當并網(wǎng)線路或并網(wǎng)線路系統(tǒng)側變電站開關處發(fā)生故障時，保護、安全自動裝置應跳開DG的并網(wǎng)點開關，防止DG向系統(tǒng)倒送故障電流。但是，若保護、安全自動裝置或并網(wǎng)開關發(fā)生異常，未能及時解列用戶側DG的并網(wǎng)開關，DG仍可能通過并網(wǎng)線路繼續(xù)向系統(tǒng)倒送故障電流。

1.4.2 通過380/220 V系統(tǒng)并網(wǎng)的DG

通過380/220 V系統(tǒng)并網(wǎng)的DG，多為居民用戶，其在數(shù)量上將遠超10 kV系統(tǒng)并網(wǎng)DG。380/220 V電壓等級DG，不配置防孤島檢測及安全自動裝置，而采用具備防孤島能力的逆變器，即當系統(tǒng)故障時逆變器將自動關閉并網(wǎng)通道，防止倒送電。若此時逆變器發(fā)生故障，DG未按要求切斷并網(wǎng)途徑，將繼續(xù)向外輸送故障電流。

2 DG并網(wǎng)安全管理提升措施

2.1 加強調(diào)控運行管理

2.1.1 完善繼電保護方案

通過繼電保護的適應性改造及安全自動策略的合理配置，建立并完善局部電網(wǎng)繼電保護、安全自動方案等保證并網(wǎng)安全運行的技術措施，為DG電站并網(wǎng)提供安全運行服務。目前，國內(nèi)外主要通過以下途徑對含DG配電網(wǎng)的繼電保護進行研究：

(1) 改進傳統(tǒng)的電流保護，如加裝方向元件、采用自適應保護原理等；

(2) 將線路成熟的保護原理、方案應用于配網(wǎng)中，通過多端信息交換提高保護性能；

(3) 以智能設備和通信技術為基礎的新型保護方案。

針對此提出的保護方案主要有：

(1) 通過在DG上游區(qū)域裝設方向縱聯(lián)保護、過流保護裝設方向元件，判斷故障位置的保護方案；

(2) 采用主從式結構和查詢式通信，通過對比不同方向元件動作情況，判斷故障位置的區(qū)域縱聯(lián)保護方案；

(3) 利用工頻電流變化量幅值和相位比較法準確進行故障定位的多智能體(agent)新型分布式電流保護方案；

(4) 利用故障分量實現(xiàn)無通道線路保護的方案；

(5) 對保護背側網(wǎng)絡進行等值變換構造配電網(wǎng)自適應保護的新原理。

對含DG的配電網(wǎng)，配置光纖分相差動保護作系統(tǒng)電源與DG間的主保護，過電流保護作后備保護；當故障發(fā)生在系統(tǒng)電源與DG以外區(qū)域時，保護裝置動作值應隨DG功率輸出對電流所產(chǎn)生的助流或汲取作用重新整定。

2.1.2 加強電源出力預測

與常規(guī)電源相比，以光伏、風力發(fā)電為代表的分布式電源(天燃氣發(fā)電除外)，其出力受光照、溫度、風向等天氣及環(huán)境因素的影響很大，輸出功率呈現(xiàn)顯著的隨機性和群發(fā)性。如果能實現(xiàn)對分布式電源出力的有效預測，則可將其與城市的分散儲能相結合，起到調(diào)峰作用，從而降低備用容量。分布式發(fā)電功率預測方法主要有：統(tǒng)計方法、物理方法以及兩者相結合的混合方法。其中統(tǒng)計方法應用較為普遍，其基本思路為：根據(jù)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)找出天氣狀況與分布式電站出力之間的關系，建立相應的出力預測模型，然后根據(jù)實測數(shù)據(jù)和天氣預報數(shù)據(jù)對分布式電站輸出功率進行預測。因此，歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)對提高出力預測的準確性顯得尤為重要，電網(wǎng)調(diào)控部門需在分布式電源的并網(wǎng)、監(jiān)測與控制中，持續(xù)做好相關數(shù)據(jù)的存儲和統(tǒng)計分析。

2.1.3 加強防孤島研究

孤島效應是電網(wǎng)中一種多見的嚴重危害，會導致并網(wǎng)逆變系統(tǒng)和用電設備的損壞，還會給電力檢修人員帶來危險。安裝孤島檢測裝置可有效解決光伏發(fā)電系統(tǒng)電源中的非正常孤島。防止孤島效應可采取主動和被動式相結合的方式，進行檢測和防止。目前，通用的主動式檢測方法有：Sandia頻率漂移法和Sandia電壓漂移法；常用的被動式檢測方法有：頻率或者電壓繼電器檢測、電壓諧波檢測、電壓相位突變檢測等。雖然主動式檢測方法以及電網(wǎng)側檢測方法大都不存在檢測盲區(qū)，但設備昂貴，配套設施復雜，影響DG的接入效率。相比而言，被動式檢測方法不僅不會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，且檢測費用相對低廉;雖然存在檢測盲區(qū)，但只要實際運行中供給的功率不大、保護配置到位，就可以通過調(diào)整運行方式完全避免。

2.2 加強電能質(zhì)量管理

2.2.1 加強系統(tǒng)電壓控制

常用的電壓控制方法有2種：

(1) 逆變器的輸出側用1個帶可調(diào)的自耦變壓器，并通過1個閉環(huán)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)分接頭的變換，以有效控制輸出電壓的幅值；

(2) 利用靜止逆變器輸出交流電壓的幅值與整流電路輸入的直流電壓成正比的原理，通過改變直流電壓來控制輸出電壓。這種方案對于光伏發(fā)電等類似的、系統(tǒng)較薄弱的電網(wǎng)特別有利，如VAR技術能夠在幾分之一秒的時間內(nèi)自動維持所規(guī)定的電網(wǎng)電壓水平及電能質(zhì)量。

2.2.2 裝設電力濾波器

采用電力濾波器就地吸收諧波源所產(chǎn)生的諧波電流，是抑制諧波污染的有效措施。無源濾波器可以吸收諧波電流，還可以進行無功功率補償，且運行維護簡單。有源濾波器具有可靠性高、響應速度快的優(yōu)點，可以有效地起到補償或隔離諧波的作用，并聯(lián)型有源濾波器還可以進行無功功率補償?；旌蠟V波器兼具無源濾波器成本低廉和有源濾波器性能優(yōu)越的優(yōu)點，屬于有源濾波器的分支和發(fā)展。

2.2.3 提高接入系統(tǒng)電壓

電網(wǎng)的電壓等級越高，短路容量越大，容許存在的諧波電流也越大。因此，對大容量的諧波源，應盡可能用較高的電壓等級供電。但這可能會增大用戶的投資，有時也會受當?shù)仉娋W(wǎng)具體條件的限制。

2.3 加強全過程安全管理

2.3.1 優(yōu)化接入系統(tǒng)流程

DG的安全高效接入需要各部門協(xié)同，建立服務DG并網(wǎng)管理的銜接機制。加強電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)控、營銷、運檢等部門協(xié)調(diào)配合，梳理DG并網(wǎng)管理的各環(huán)節(jié)，明確業(yè)務流程，厘清責任界面，實現(xiàn)業(yè)務流程運行的橫向協(xié)同和縱向貫通。做到DG并網(wǎng)技術管理銜接，接入設計和電網(wǎng)一二次系統(tǒng)運行的銜接，并網(wǎng)工程技術監(jiān)督和電站驗收投運的銜接。以提高技術規(guī)范執(zhí)行水平為基礎，統(tǒng)一保護、安全自動裝置設計要求，統(tǒng)一DG并網(wǎng)收資模板及安全自動裝置調(diào)度運行規(guī)定，為DG并網(wǎng)提供規(guī)范服務。

2.3.2 加強工程前期管理

專業(yè)部門在對接入系統(tǒng)方案進行評審時，要重點審查接入系統(tǒng)方案是否滿足安全技術要求；評審所屬繼電保護及安全自動裝置時，應嚴格遵守有關設計、運行和管理規(guī)程規(guī)范，與電網(wǎng)相配合。評審紀要中，應對接入系統(tǒng)方案是否安全、可靠作出結論性意見。

在簽訂DG接入工程施工合同時，由運檢單位與施工方同步簽訂安全協(xié)議，明確各方安全職責、保障安全的措施和違反安全規(guī)定的處罰辦法，未簽訂安全協(xié)議的工程不得開工?，F(xiàn)場勘察時，應與運行設備帶電部位保持安全距離，確保查勘人員安全。工程開工前，項目經(jīng)理(工作負責人)應組織向施工人員進行全面的安全技術交底，告知作業(yè)現(xiàn)場存在的危險因素、防范措施及事故應急處理措施。

2.3.3 做好并網(wǎng)前準備

DG并網(wǎng)前，必須由專業(yè)部門組織驗收調(diào)試。驗收調(diào)試主要內(nèi)容包括：

(1) 項目報驗資料是否齊全完備，用戶試驗資料是否完整、準確，逆變器、并網(wǎng)開關設備等是否通過有資質(zhì)的第三方認證等；

(2) 并網(wǎng)點應配備滿足易操作、有明顯斷開點，具備開斷短路故障電流等要求的開關設備；

(3) DG繼電保護和安全自動裝置的配置與定值整定，應符合相關繼電保護技術規(guī)程、運行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定；

(4) 配電自動化系統(tǒng)故障自動隔離功能應適應DG接入，確保故障定位準確，隔離策略正確。

與用戶簽訂相關發(fā)用電合同時，應明確資產(chǎn)分界點、設備維護和事故責任分界點等事宜。對于10～35 kV DG應配備足夠的運行值班人員，值班人員需持有效的進網(wǎng)電工許可證。有調(diào)度關系的，運行值班人員應參加電網(wǎng)調(diào)度部門組織的培訓，經(jīng)考核合格后頒發(fā)《調(diào)度運行值班合格證書》，方能上崗。運行值班人員操作DG現(xiàn)場設備應嚴格執(zhí)行工作監(jiān)護制度。

2.3.4 完善運維臺賬資料

配電網(wǎng)運維部門應及時掌握DG的接入情況，認真做好現(xiàn)場查勘和相關變更。DG并網(wǎng)前，應及時完成PMS圖紙的修改及標注，涉網(wǎng)線路設備現(xiàn)場可設置“此處有xx V分布式電源”警示標識，10 kV接入項目裝設至公共連接點10 kV開關類設備處，220/380 V接入項目裝設至配變低壓側。

設備運維、搶修班組及低壓搶修隊伍均應建立專門的DG臺賬，包括：用戶名稱、接入容量、電壓等級、所屬10～35 kV線路名稱、線路所涉廠站名稱、220/380 V接入項目標明其上一級配變名稱及桿號、10 kV接入項目標明其公共連接點開關設備名稱。資料上報參照新設備投運流程進行。

2.3.5 加強檢修施工安全管理

對于有DG接入的配電網(wǎng)，系統(tǒng)側設備消缺、檢修優(yōu)先采用不停電作業(yè)方式，需要停電時應提前通知DG用戶。檢修施工涉及DG設施的，應加強電源點的管控。設備運檢單位和施工單位應認真落實保證安全的組織措施和技術措施，切實做好停電、驗電、裝設接地線等工作。

(1) 有220/380 V DG接入的配變臺區(qū)，若220/380 V線路停電檢修，除拉開配變跌落式熔斷器及低壓開關外，還需在低壓開關用戶有可能倒送電側加掛接地線；若其所屬10 kV線路停電檢修，停電區(qū)域內(nèi)所有配變須拉開跌落式熔斷器及低壓開關，并在低壓開關用戶側低壓母線加掛接地線。

(2) 對有10 kV DG接入的配電線路停電檢修時，若該DG接入點在停電檢修范圍內(nèi)，該接入點開關須保持斷開，并加掛接地線。

(3) 當箱變及環(huán)網(wǎng)柜設備接入DG，停電檢修時相關開關設備應保持斷開，并合上接地刀閘。

3 結束語

DG并網(wǎng)對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、繼電保護、調(diào)控運行及涉網(wǎng)作業(yè)安全帶來一定的影響，需要采取一系列組織、管理和技術措施，降低和消除DG接入產(chǎn)生的安全風險。

1 裴曉娟，王 倩，金英博．分布式發(fā)電對配電網(wǎng)電壓的影響[J]．電力學報，2010，25(6)：480-483．

2 侯汝鋒，陳志釗，吳 軻．DG接入電網(wǎng)的孤島劃分策略及其對配電網(wǎng)供電可靠性的影響評估[J]．廣東電力，2012，25(1）：64-69．

3 彭 亮．分布式電源對配電網(wǎng)保護的影響分析及改進[J].廣東電力，2012，25(1)：59-63.

4 王樹東，錢其山．DG對配電網(wǎng)保護的影響分析及改進方案[J]．重慶理工大學學報，2014，28(1)：87-90.