分析分布式新能源发电对配电网电压影响

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  摘 要:本文分析了分布式新能源发电的优点,并详细讲述了分布式新能源对配电网电压的影响,其中包括电压分布、线路损耗等,之后阐述了新能源与配电网电压之间存在的继电保护、电能质量、电网规划等问题,最后制定了改善措施。致力于促进日后的电网规划工作。
  关键词:分布式新能源;配电网;电压
  引言:随着经济社会的发展,能源枯竭和环境污染问题逐渐被重视,电力行业将目光投入到了可再生能源,致力于解决能源危机,在保护自然环境的同时,满足社会的需要。而分布式新能源发电打破了传统的供电方式,但是当前还存在着一定的问题,影响着电网的规划和运行。
  一、分布式新能源发电的优点
  分布式发电的发电功率一般在几千瓦或数百瓦。因为其是一个开放性的系统,可以很容易地满足用户的需求,将被动运输改为主动输出,在降低能源消耗的同时,也提高了能源利用率。分布式发电是一种小型的发电单元,主要存在于配电网和负荷附近。当前,分布式发电的主要类型有,电热发电、光伏发电、光热发电等。与传统供电模式相比,分布式发电可以直接面向用户,根据用户的需求提供电,进而减少了运输电能的成本,也保证了用电的安全。合理地优化分布式电网,可以实现多个功能目标,更好地利用电能。传统的电力系统安全性低,一旦操作不当就会引起大规模的停电,造成较大的经济损失。远距离传输电能,虽然可以正常为用户提供电能,但是在用电高峰,难以满足用户的用电需求,并且传送电能的过程消耗巨大,加剧了环境的污染。而分布式发电,通常应用在低压力配送系统中,使末端配电系统更加灵活,也弥补了传统配电系统的不足。其最大的优势在于可以将冷热电联中发电、制冷的能量转换进行连接,但想要实现远距离连接是十分困难的。由于城市的规划和发展并未将冷、热能计算其中,就导致了此资源的浪费。
  二、分布式新能源对配电网电压的影响
  (一)电压分布
  随着新能源的大规模并网,电网系统演变成多支路分散模式,潮流分布也发生了改变。在天气变化较大时,风力和光伏发电的电源输出功率也变得不稳定,进而使配电网的潮流分布也发生改变,使电网的电压也受到了严重影响。当分布式电源并网后,传统电网会发生电压波动,因为分布式电源具有间歇性的特点,从而使分布式电源输出功率呈现间歇性,进而使电网系统的电压产生较大的波动。分布式电源的并网,可以有效的改善配电网的质量,但如果电源容量过大,会导致其功率反向流动,使并入点局部电压出现峰化,一旦节点电压超过电网系统电压幅值上线,就会影响配电网电压调压的工作,影响着整个电网系统的安全。电源的安装位置、容量和功率等都会影响电压的分布[1]。因此,可以通过仿真技术来分析分布式电源渗透率和电源功率,进而调整整个电网系统的电压。
  (二)线路损耗
  当配电网运行时,一旦出现弱环、开环的情况,就会导致整体电压较低。DGs的并入,可使单电源辐射结构改变成多电源弱环状结构,使得配电网结构发生较大变化。由此可见,传统的电网潮流计算方式很难计算出结果。DGs并网后也改变了电网支路的潮流方向,从而影响了电网的线路损耗。线路损耗发生的原因与负荷、DGs的位置、容量有关。一旦DGs的安装位置和输出功率不合理,就会增加配电系统的线路损耗,因为DGs的的输出功率与负荷比例超过要求定值,无法消耗DGs,就会增加有功和无功功率,增加线路损耗。当分布式电源并入电网系统后,会改变配电网支路的潮流流動方向,一旦潮流方向发生改变,就会导致配电网线路损耗发生改变。当分布式电源并入电网系统,会使线路损耗产生变化,主要是与分布式电源并入的功率、容量有关。
  (三)影响及时监控
  当前配电网都属于放射能的无源网,供电部门可以直接开展能源调度和信息采集,一旦接入新能源,就会使操作变得复杂,进而形成监测孤岛。使孤岛上的电压大小、频率值都无法实现监测和控制。一但发现异常,就会导致用户无法正常使用,严重的话会损坏用户设备。当出现线路负载量大于孤岛逆变器的容量时,会损毁逆变器,同时,危害检修人员的生命安全。就算关闸还是会引发跳闸,导致负荷失衡,影响供电的质量。
  三、新能源与配电网电压之间存在的问题
  (一)继电保护
  继电保护装置是电力系统的核心。在分布式电源接入电网后,配电网将不再是简单的单侧电源系统,改变了原有的继电保护系统,影响了孤岛运行、过电流保护等。当分布式发电系统,发生故障时,电网中残留的电压会影响电压检测,进而出现检测结果不准确的情况,影响设备的正常运行。当发生孤岛运行时,会发生高压危机,使机组无法正常使用。为了保障电网系统的安全,要建立分布式发电保护系统。
  (二)电能质量
  分布式能源可以改善能源结构和发电形式,影响着电能的质量。主要是通过分布式电能接入电网后,增加电网中的非线性负荷,从而使电流和电压发生畸变。分布式能源接入配电网络,可以加强传统电网的安全性和实用性,但也存在着一定的问题。当电压发生闪变时,电压会突然变化,使人产生视觉疲劳,进而影响机组的正常运行。长时间的电压偏移也会影响系统电压的反馈设备,使其与分布式单元格的相互作用产生不良影响。
  (三)可靠性
  配电系统将电源与用户相连接,从而体现出其可靠性。其可靠性主要是通过解析法和模拟法来体现。当电力系统出现故障后,会导致部分机组暂停运行,但其他机组依然可以正常运行,从而避免了大规模的停电,保证了生产和日常的用电。一旦出现孤岛运行状态,还是会造成严重影响。当分布式电源与继电保护系统无法相适应时,会导致继电保护系统操作错误,使其可靠性降低。影响可靠性的因素还有系统安装位置、连接方式等。
  (四)电网规划
  分布式电网是一种新型发电技术,为发电系统提供了便捷。但是由于设计规划存在着不合理,在接入电网后发生了一些问题。例如,分布式系统发电量具有不确定性,要有传统电网作为备用,才可放心使用。也为电力系统的规划建设增加了一定的困难,因为在规划传统电力系统时,就未考虑加入分布式系统。此系统自身还具有灵活性和随机性,不能可靠的持续提供电能,为配电网络造成了一定的影响[2]。如果规划不符合实际要求,就会出现设备利用率低、损耗增加等诸多问题。因此,在分布式电源接入电网时,要提前做好规划、充分考虑此类问题。
  四、分布式发电对配电网电压的改善措施
  (一)光伏发电
  分布式电源主要以太阳能发电作为电力来源,之后通过设备网发出无功功率和有功功率。因此,在优化无功功率时,要对其来源进行探讨。光伏发电可以作为补偿装置,降低发电的运行成本,无功功率的原理是,光伏并网逆变器的结构与滤波装置的主电路完全相同。
  (二)并联电容器
  并联电容器是容性负荷,主要应用在感性复合的抵消上。当配电网无功功率达不到要求时,其可以优化功率因数,从而使各个节点的电压保持稳定。但并联电容器无法吸收感性无功功率,就导致系统在处于最大负荷状态时发出感性无功功率。电容器的运行需要花费大量的成本,而线路运行也需要增加网络耗损费用。在发电设备花费的大量成本,影响了电力企业的经济效益,增加了运行成本,阻滞了企业的持续发展。
  结论:随着社会用电需求的逐渐加大,电力设施也不断加强,分布式新能源发电也成为了发电网中不可缺失的一部分。在应用此系统时,人们要充分发挥分布式新能源的积极效应,改善传统发电模式,降低能源消耗,改善环境污染。
  参考文献:
  [1]刘澄,王辉,李天慧,等.分布式新能源发电对配电网电压影响研究[J].可再生能源,2019,37(10):1465-1471.
  [2]唐惠玲.新能源环境下配电网线损和电压协同管理策略研究[D].广东工业大学,2019.
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