摘要：进入二十一世纪以来，社会经济的高速发展伴随着煤炭、石油和天然气等传统能源的急剧消耗，人类亚需寻求可再生能源作为替代。以光伏发电、风力发电、燃料电池和微型燃气轮机为代表的分布式发电技术日益成熟，越来越多的分布式电源应用到配电网中，而分布式电源的接入将对配电网的各方面产生重大影响。本文重点研究含分布式电源配电网优化重构重构问题，旨在提高配网运行的可靠性。
关键词：分布式光伏电源；配电网；配电网优化重构
1 分布式光伏电源接入配电网的意义
当配电网正常运行时，通过优化DG接入后的网络结构可以有效降低网络损耗、改善电压分布、均衡线路负载等；当配电网发生故障导致局部供电中断时，通过DG迅速为部分重要负荷恢复供电，可大大提高用电可靠性，并有效降低经济损失。统计数据表明，国内电网80%以上的停电事故是由配电网造成的。当配电网发生故障时，通过闭合联络开关或利用DG的孤岛运行能力可以为非故障区域的重要负荷恢复供电，保证供电可靠性，缩短停电时间，减小停电范围。在DG大量渗透入配电网的背景下，研究含DG配电网优化重构与故障恢复重构对提高电网运行的经济性、安全性和可靠性等具有重要的现实意义。
2 分布式电源对配电网的影响
2.1 对配电网规划的影响
与传统发电厂相比，一些DG如风力发电、光伏发电等，其输出功率受气候影响经常发生波动，难以进行有效调节，能量输出具有明显的随机特性。大量DG的投入使用和退出运行加大了电网负荷预测的不确定性，致使配电网规划人员难以准确预测电力负荷的增长情况。配电网规划是动态规划问题，其动态属性与维数紧密相关，在配电网大量节点的基础上又增加了许多DG节点，极大增加了在所有可能的网络结构中寻找最优网络配置方案的难度。因此配电网规划人员必须准确评估DG接入配电网对负荷预测不确定性的影响，在此基础上利用合适的数学优化方法对配电网进行规划，给出合理的DG并网点和并网容量。
2.2 对潮流分布和网损的影响
传统配电网一般是闭环设计、开环运行，即正常运行情况下配电网是单电源辐射型网络，潮流流向是单向的，从电网上游向下游吝负荷供电。当DG接入配电网后，网络的拓扑结构发生改变，由单电源辐射型网络变成多电源网络，在DG出力大于负荷值的情况下会导致潮流反向。接入DG也会引起网络损耗的变化，根据相关文献的研究结果，若DG的输出功率小于负荷量的两倍，将其布置在线路末端接近负荷处可以有效降低网络损耗，而若DG的输出功率大于负荷量的两倍，则会增加网损；如果DG以超前功率因数运行，向电网输送有功功率的同时也从电网吸收无功功率，这将不利于网损的降低，DG应以滞后功率因数运行，或者在DG机端通过并联电容器的方式进行无功补偿。因此DG的接入位置、输出功率及运行方式均会影响配电网的损耗水平。
2.3 对电能质量的影响
DG接入配电网会对电能质量产生较大影响，主要包括谐波、电压质量、频率波动等。DG一般通过逆变器与配电网连接，电力电子器件的操作会产生开关频率附近的谐波分量，从而影响馈线的谐波水平。传统配电网潮流流向具有单向性的特点，线路电压沿着潮流方向逐渐降低，电压分布较为稳定，便于中枢点的电压管理，但由于DG的输出功率对电压具有支撑作用，接入配电网后，DG节点附近的电压如果升高过多会导致越限，因此需要调整中枢点电压管理策略。另外由于风力发电、光伏发电等DG出力具有间歇性、随机性和波动性的特点，其投入与退出运行也不可避免造成电压的波动。DG的频繁启停、输出功率的随机性和波动性、与大电网的不协调配合均会造成频率的波动，尤其是当DG以孤岛方式运行时，若孤岛内部无储能元件或储能元件容量不足，极易造成频率失稳。
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2.4 对继电保护的影响
传统配电网由于是单电源供电，继电保护不存在方向性元件，但接入DG后，配电网变为多电源网络，电流流向不再简单地从变电站母线流向负荷母线，在DG的上游节点发生故障时，DG提供的故障电流将从负荷侧流向系统侧，由于没有方向性元件，当故障电流超过整定值，上下游的保护装置都将动作，从而失去了选择性，因此既有的继电保护装置的保护机理和整定值发生了改变，需要装设方向性元件以保证保护装置能够正确动作。当线路发生瞬时性故障时，DG可能因为某种原因未及时脱离故障线路而继续向短路点输送电流，从而影响流过保护装置的故障电流，改变保护范围和灵敏度，给线路的上下级配合造成困难。由于DG的助增电流作用，严重时会在故障点产生持续电弧，导致自动重合闸失败。
2.5 对配电网可靠性的影响
DG可能提高也可能降低配电网的可靠性。若DG与配电网配合良好，可以提高线路的负载能力、缓解网络拥塞、增加线路输电裕度、辅助提高电压调节能力，在系统发生停电事故时也可以作为后备电源为用电负荷恢复供电，从而降低停电时间，提高配电网可靠性水平；若其与配电网保护装置配合较差，则会导致保护装置的误动作，同时若DG的并网位置和并网容量选择不当也会降低配电网可靠性。
3 配网优化重构的价值
自从上世纪八十年代后期，配电网重构因在降低网络损耗、提高系统运行经济性和安全性方面具有显著效益而逐渐受到国内外学者广泛的关注。早期的配电网重构侧重于研究如何确定合理的供电路径给用户供电从而降低供电成本，即主要在配电网规划阶段考虑网络重构问题。随着配电网自动化程度的日益提高，越来越多的学者开始研究网络重构在配电自动化系统中的应用，现有研究成果表明通过网络重构的手段可以优化配电网运行，在经济和技术上都具有重要的实用价值。
一般来说，配电网优化重构和故障恢复重构的意义有以下几点：
（1）降低网络损耗、提高运行经济性。配电网损耗是电网损耗的主要组成部分，降低功率损耗、提高配电网运行的经济性是电力系统相关学者长期研究的问题。通过合理的网络重构可以优化配电网运行方式，提高经济性。
（2）均衡线路负载，提高供电质量。配电网中存在不同类型的负荷，如工业型、商业型、民用型负荷等，由于这些负荷在配电网中所处的位置不均匀，各个变压器或馈线的负载率也并不均衡，因此在配电网中长期规划阶段，通过网络重构将负荷从重负载变压器或馈线转移到轻负载变压器或馈线上，可以均衡线路负载、改善电压分布、提高供电质量。
（3）提高供电可靠性。若配电网发生故障，迅速隔离故障后，将非故障区域的停电负荷及时转移到其他馈线，保证其正常供电，缩小了停电范围，提高了供电可靠性。
结束语
当今世界能源日趋紧张、环境污染日益恶劣，以光伏发电、风力发电、燃料电池、微型燃气轮机等为代表的分布式电源越来越多的应用到配电网中，其中一项重要的应用场景即是含分布式电源的配电网重构。配电网优化重构是提高配电网运行经济性的有效手段，是配电自动化的重要功能之一。配电网正常运行时，调度员根据运行情况，在满足功率平衡、电压电流不越限、保证辐射状结构等安全运行约束的条件下，通过操作分段开关和联络开关来调整配电网拓扑，从而达到特定的目标。
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论文作者:胡婷婷
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：配电网论文; 分布式论文; 重构论文; 负荷论文; 电源论文; 故障论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第20期论文;