分布式電源并網調控存在的問題及措施

郭堯順 鄭思捷

國網陜西省電力有限公司延安供電公司 陜西 延安 716000

引言

由于傳統能源不可再生，新能源被越來越多地應用到生產活動中來?？紤]到分布式電源具備間歇性以及不確定性，同時受到外部光照影響的程度較高，這在一定程度上提升了分布式電源并網及調控的難度系數。為了全面發揮分布式電源的效果，順應分布式發電的發展態勢，應把它們一同并入到傳統配電網中運作。分布式電源并網，可以大大地優化當下電網系統的整體架構，但也會影響到配電網的運作情況，使電網運作愈發煩瑣，引發一系列的不良問題。因此，應深入探討分布式電源并網調控所面臨的問題，并提出針對性的解決措施，這對于推動分布式電源與電網的協調發展、提高電力系統的整體效能具有重要意義。

1 分布式電源并網的背景分析

隨著全球能源結構的持續優化和清潔能源的大力推廣，分布式電源作為其中的重要組成部分，該項技術日益受到廣泛關注。然而分布式電源在并網過程中，由于其自身的間歇性和不確定性等特點，給電網的穩定運行帶來了新的挑戰。例如電壓波動、諧波污染、孤島效應等問題，嚴重威脅著電力系統的安全與經濟運行。此外，分布式電源的并網還可能引發諧波污染、孤島效應等安全隱患。因此對分布式電源并網調控進行深入研究，探索有效的并網控制策略和管理方法，對于保障電力系統的穩定運行、提高分布式電源的利用效率、促進清潔能源的推廣應用具有重要的理論意義和實踐價值。同時，隨著智能電網技術的不斷發展，分布式電源并網調控也將面臨更多的機遇和挑戰，需要不斷創新和完善相關的理論和技術體系[1]。

2 分布式電源并網調控存在的問題分析

新能源分布式發電并網運行會產生新的問題。配電網從單電源變成雙端甚至多端網絡，這種變化改變了電網的穩態運行、機理，以及各種保護定值。隨著新能源分布式發電并網的迅猛發展，保護系統設計整定值因負載變化而發生改變。

2.1 分布式發電影響故障電流

新能源分布式發電并網運行，故障時電力保護裝置系統會快速跳斷，繼電器即時檢測到實時故障電流值對繼電保護裝置很重要。一條10kV帶DG的配網線路如圖1所示。

圖1 10kV帶DG配網線路

a點故障短路，電網電流為Inw，來自分布式發電的電流為Idg，總的短路故障電流為：

繼電器工作范圍是指繼電器在一定的阻抗域內實現動作的最大短路距離，對應最大短路阻抗測量。計算出在故障短路情況下，繼電器K的測量電壓為：

式中：Z23為B1母線與B2母線間阻抗； Z3a為B2母線到短路故障點阻抗。

由于B2母線處有T結進線，增加電壓，繼電器K能測量到的阻抗：

繼電器實測阻抗變大，監測短路距離增加，另一區域短路距離和要求應有更快時間觸發繼電器。繼電器監測來自電網的短路電流Inw，繼電器K能監測到實際故障部分短路電流，此時保護動作，開關不會跳閘，尤對于高阻抗的短路，反時限過電流保護在設定時間內不動作，這是發生事故危險的根源[2]。

故障發生在母線B2處時，分布式電源產生的電流與通過繼電器電流形成反方向，繼電器受到反向電流方向會影響設備正常運行。

通過上述分析得知，DG不僅影響短路電流的幅值、方向和持續時間（間接地），而且也會影響反時限過電流作用的結果。

2.2 分布式發電影響自動重合閘（ZCH）裝置的可靠動作

新能源分布式發電并網運行后，并網變與系統之間配網線H L變為分布式發電的并網聯絡線，如圖2所示。

圖2 并網聯絡線HL故障等值電路圖

003開關重合閘（ZCH）不是普通重合閘條件，線路是無壓自動重合閘方式。H、L線路瞬時故障，保護A和保護B分別跳開003和113開關，H、L線路失壓，003處線路自動重合閘（電壓為0）。繼電保護B整定值設置變動困難，兩級保護裝置無法快速跳斷113開關，發電與并網分離后，仍向電網供電，變成由新能源分布式發電獨立供電的電力孤島。

H、L線路始終有電壓，003 開關無法自動重合閘，直到分布式發電被拖垮，113欠電壓跳閘，此時重合閘的允許時間已過，導致重合閘不成功。

2.3 分布式發電影響母聯備自投(BZT) 裝置的可靠動作

防止發電非同期并網，簡單的母聯備自投已不適用，母聯開關需要檢同期自投。雙回路供電如圖3所示。112、113為進線開關，110為母聯開關，分布式發電DG通過廠內10kVⅡ段母線并網運行[3]。

圖3 220kV帶DG一次系統圖

當線路2發生故障時，線路保護跳斷113，110母聯開關自投。當分布式發電有功不足，使供電單電源電力孤島瞬間與線路1不同步，不滿足110的同期條件，導致母聯開關自投裝置不能可靠動作。用電企業不具備跳113開關有效保護，母聯開關無法自投。通過企業事故調查，線路發生故障時，母聯自投孤島并網的成功率差。

2.4 分布式發電影響線路保護的可靠動作

為提高線路首端的零序保護靈敏度，2#主變壓器的中性點一般直接接地或通過電阻接地；10kV側投運分布式發電電源，最大運行方式是防止線路2斷路接地時產生的過電壓影響變壓器等設備安全，2#主變高壓側投入零序過電流保護。低壓側配電網絡變化，零序保護的范圍實時相應發生變化，實現零序保護動跳旳選擇性，003保護A的靈敏度大降，如圖3所示。分布式發電并網后，003開關旳原有距離、零序保護定值維持不變。113開關的距離、零序保護裝置可能拒動。原因是H、L線發生故障時，分布式發電并網變阻抗過大，在最小運行方式下，故障點的短路電流很小，距離保護和零序保護的起動元件靈敏度不合要求，113開關的保護拒動，003處無法自動重合閘，110無法同期自投。

2.5 事故案例

事故案例1：制冷設備廠光伏發電新能源公司10kV電纜短路故障，繼電保護裝置故障未動作，戶外自動開關裝置故障未動作，發生越級跳閘事故。

事故案例2：10kV鑫峰特鋼配電室1600kVA變壓器投運，電氣故障越級跳閘，110kV改變重合閘（ZCH）失敗，高壓電氣設備間隔擊穿，繼電保護裝置故障拒動，大面積停電。

3 問題的解決措施

電網電氣故障，誤操作或自然災害等原因中斷供電；DG成供電孤島，孤島效應增加對電網及需求側用戶影響，重新恢復供電相位不同步時沖擊電網，電力孤島供電電壓，頻率不穩定；負荷電壓閃變，負載不對稱，影響電壓質量。分布式發電系統并網后，故障時配電網繼電保護運行條件發生改變，原線路保護定值不能滿足電網的要求[4]。因此特提出兩套線路保護裝置配置方案。第一套是具備敷設光纜條件線路，采用縱差保護作為線路主保護，原距離保護和零序保護作為后備保護。第二套是較長線路，且不具備敷設光纜條件時，采用縱差保護作為線路主保護，零序保護作為后備保護。

接有DG的電網部分發生孤島運行時，脫網運行如圖3所示。當113開關斷開，而110、600開關未合，此時企業的Ⅱ段線路變成孤島。新能源分布式發電系統不配備電壓控制能力，并網電源頻率不穩定。有功功率不平衡發生頻率改變，功率小，孤島崩潰。簡述發生孤島電源幅值頻率運行時變化。

有功功率不平衡旳頻率變化率函數描述：

式中：PDG為DG的有功功率；P1為孤島負荷有功功率；fs為發生孤島運行前的頻率；Sn為發電機的額定功率；H為發電機的慣性常量。

孤島獨立運行關鍵是有功功率旳變化。電力負荷平衡后發電機組的出力大于孤島負荷的有功功率，確保孤島的獨立運行，孤島脫網后，其頻率的變化取決于負荷情況，做好負荷平衡，完成自投母聯開關裝置。自投裝置不成功，對孤島獨立運行做自動或人工并網操作。

4 分布式電源并網調控發展建議

4.1 高度重視分布式電源項目

在實際運作的前期，可研審批管理供電單位要系統考量配電網結構以及范圍、運作安全性和電網改造費用等多重因素，進而給出科學的滲透率指標，明確各范圍內分布式電源并網規模的最大值，進而將之作為分布式電源發展的限制性指標，仔細控制分布式電源接入電壓等級、聯結形式、首個落點選取等電網聯結節點，如此一來就能夠防止分布式電源因方針變化而誘發的不穩定現象。除此之外，還需要科學規劃布局分布式電源并網點，在契合電網安全性標準的前提條件下，確保電力資源能夠被順利提供。

4.2 優化分布式電源的接入系統

在設計系統方案的過程中，需要注意如下幾點：首先，相關人員要明晰單位電網現有分布式電源的布局狀況及體量；接著要熟悉配電網和配電線路每年負荷情況、最大的承載水平；最后再進一步探尋分布式電源的建設方位、體量和用電屬性。為了確保輸出分布式電源較少地干擾上一級電網，此時需要嚴格遵循《分布式電源接入電網技術規定》，確保分布式電源體量低于上級變壓器供電最大承載值的1/4。

4.3 強化分布式電源并網驗收管控力度

并網驗收作為單位核查分布式電源工程是否合理，屬于并網前把關質量的重要一環，在驗收過程中，相關人員要著重核查分布式電源并網點有無安置具有斷開點的并網斷開設施，同時還要幫助電力設施養護工作者及時發現裝配的方位，著重核查分布式電源的并網裝置及分布式電源裝配方位的安全間隔有無符合標準；仔細查看分布式電源周邊有無安置安全標識，避免發生不良觸電事件。值得注意的是，倘若驗收不過關，此時就要及時更改方案和推進周期，同時展開復查。只有牢牢把關，方可確保并網后電源、電網安全順利運作[5]。

4.4 強化分布式電源并網后的運作及電網檢修管控力度

嚴格實施分布式電源實地檢修項目，通過在并網點上安置可封閉且具備顯著斷開點的并網開斷設備，同時還有防孤島運作設施，大幅度提升分布式電源并網檢修的運作效率。與此同時，還應該更深層次地整合導入至分布式電源的配電網檢修運作活動中，同時還要進一步規范電源電站配合執行流程，保證在平時維護檢修過程中各項設施以及人員的安全性。

5 結束語

綜上所述，本研究對分布式電源并網調控的多個方面進行了深入探討，包括項目重視程度、接入系統優化、驗收管控和運作及電網檢修管控等。研究結果表明，要實現分布式電源的可持續發展，必須重視其在電力系統中的合理規劃布局，優化接入系統，加強并網調控技術和安全防護措施。同時，應加強分布式電源并網后的監測和檢修工作，確保電網和分布式電源的安全穩定運行。