分布式电源对配电网过电压的影响分析张淼

分布式电源对配电网过电压的影响分析张淼

张淼孙卓新杜潇

(国网山东省电力公司滨州供电公司;国网山东省电力公司烟台供电公司;国网山东省电力公司烟台供电公司)

摘要：现如今，电力事业不断发展，配电网中分布式发电装置的应用，促使配电网逐渐变成有源环网，为电力系统的安全运行提供了更高的标准。基于此，本文就分布式电源对配电网过电压的影响作出一定的分析，希望给各位同行以参考。

关键词：分布式电源；过电压；配电网；影响分析

本文简要分析了分布式电源对配电网过电压造成的影响，通过对分布式电源的概述，针对分布式电源在接入配电网造成的各类过电压现象实行了分析论证，且针对各类参变量状态下的过电压水平实行了数据对比。所以，在分布式电源工作阶段建立合理的监视与保护方案，可以切实消除影响。

1分布式电源概述

分布式电源是一种经济性能高的发电技术，并且发展速度越来越快，这项技术对于大电源的能源补充和电网负荷高低差的调节具有很大的作用，电网的安全性也得到提高，所以分布式电源的广泛应用给人们的生产生活中带来了很大的积极作用。分布式电源对配电网电压有着一定的影响，其中具体如下：对于接入分布式电源的电网，在稳定线路的各负荷节点处的电压会提高，有可能造成局部节点的电压高于峰值，影响用户的使用，但是如果不接入DG，馈线的电压无法提高甚至下降，电网质量会受到影响，所以调压则是接入分布式电源后的一个重要过程。在现实操作中，配电网中的电路负荷会发生变化，因此会造成电压的忽高忽低，为了解决这种情况，就要制定并调整负荷不断变化状态下的相应的过电压策略，以更好的控制配电网中的电压。

2分布式电源对配电网过电压的影响

2.1对配电网规划影响

因多个位置不同，负荷电源不能均通过整个电力系统接入大电网，各个小型电源无法收到完整控制，也不能使各个小型电源均接入通讯装置，使调度在进行研究负荷调度与分配，进一步增大了不少难度，比如安全监控与数据采集系统无法接入主网，使得调度人员无法对分布式电源的运行进行实时的监控，使各分布式电源的运行方式与负荷调度均不可控制，导致配电网安全稳定运行的难度以及主网的整体控制难度都明显的增大，也会是导致主网与配电网检修作业带来更多麻烦。

2.2导致铁磁谐振现象

将分布式电源接入配电网后，为监控分布式电源输出电压，往往于其接入部位安装电压互感器，特殊情况下，电压互感器的非线性脉冲变压器的初级电感和输电线中杂散电容形成铁磁谐振现象。变压器励磁电抗降低，当出现单相接地，极易造成铁磁谐振现象，因此分布式电源连接配电网，电压互感器易出现铁磁谐振情况。仿真试验时，单相接地发生后0.ls解除，解除瞬时出现了铁磁谐振现象，对比可得，分布式电源接入之前，若出现铁磁谐振同样会消减直到彻底消除，分布式电源接入之后，若出现铁磁谐振，铁磁谐振会更加强烈，所以，分布式电源接入的时候，要遏制铁磁谐振的过电压现象。

2.3感应发电机自激过电压现象

分布式电源与输电线的负载和主要电网断绝，形成孤岛，遭到负荷水平与无功功率补偿容量作用，发电系统运行状况和输出电压、频率均会产生改变。为研究方便且具备普遍性，应用感应发电机优化等值电路，不计主磁路的磁场变化而形成的次级磁路中电阻值，处于孤岛系中的感应发电机，若配电系统内的无功功率补偿容量充足但负荷水平较低，则会形成感应发电机自激过电压现象。仿真实验反映，感应发电机的分线和主电网实行解列措施，产生孤岛，且针对分线负载变压器从电机不带负载设备的情况下运转至额定工作状态的调节。现实运作过程中，孤岛的负载种类并不相同，分布式电源运作情况也有所影响，配网负荷无差异的前提下，功率相位差因数更大，感应发电机和主网解列措施之后自激过电压振幅就更大。仿真结论反映：当负荷与发电机发电使相同或相近的情况下，发电机依然可以持续工作一些时间，重负荷工作情况中，发电机发电较低，会停止工作，轻负荷状态下，发电机出现谐振，形成自激过电压。现实工作下，负荷的波动为上下形式，形成孤岛之后，感应发电机形成自激过电压或者停止，就算系统电压无改变，电压互感器正常，可频率或许已出现改变，若负荷开关闭合断路器，由于不属于同步对电力网和发电机形成障碍。因此，分布式电源接入配电网，科学采用无功功率补偿容量，安排切实的孤岛保障方案格外关键。

2.4单相接地故障造成的谐振过电压

分布式电源接入配电网后，若出现单相接地故障，发电机电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用和无功功率补偿产生谐振现象，发电机出现单相接地故障导致主网端跳闸，分布式电源和故障部位同主电网解列，形成孤岛。转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流发电机当成分布式电源接入配电网中，客户为提升发电成效，通常实行无功功率补偿以提升同步发电机工作的功率相位差因数。如果保证无功功率补偿电容无改变，更高同步发电机容量的情况下，出现单相接地之后形成的谐振过电压最大瞬时值同样出现改变，因此，分布式电源的容量、发电机参变量以及输电线路的电容更搭配合理，形成谐振过电压最大瞬时值更高。如果负载变压器存在导线、电缆和电气设备中通过的功率和电流，因其阻尼对能量的作用，谐振稍有降低，可当负荷低于或者相近发电机容量，依然形成大峰值谐振过电压。仿真试验结论反映，单相接地导致的谐振现象往往形成较大谐振过电压，尽管分布式电源端往往安装保护器件，可因此类过电压可以于极短时间造成大峰值过电压，尤其负载变压器电机不带负载设备的情况下运转或者轻载运行阶段，问题出现之后的周期造成十几倍或几十倍峰值过电压，对发电机或其他设备的损害严重。

2.5孤岛出现铁磁谐振

分布式电源和主网解列产生孤岛时，因电容与分布式电源激励，当孤岛电压高于变压器饱和电压，变压器在空载时的等效阻抗因饱和而迅速降低，和无功功率补偿产生铁磁谐振现象。此现象不需单相接地故障引起，在分布式电源支持三相电压单一电网中均会出现，且应用所有分布式电源的变压器连接模式均可造成如上问题。研究发现，孤岛出现如上铁磁谐振需存在以下几点：

①主电网出现解列，分布式电源处于孤岛。

②孤岛具备补偿电容，一般可于分布式电源额定发电功率的30%～40%之间。

③配电网内安装具备励磁饱和变压器，作为非线性的电感功能。

④发电机运行需高于孤岛负荷。此类铁磁谐振关键为负荷水平状态，由于其能够吸取能量消除谐振。尤其高负荷水平状态，电压水平低于变压器饱和电压，无法形成励磁饱和，则不会出现铁磁谐振现象。

3分布式电源的配电网过电压的关键问题及解决办法随着分布式电源的迅速发展，越来越多的科研人员加入到对含分布式电源的配电网过电压的研究之中。含分布式电源的配电网过电压的主要方式是通过设计以及改进各种算法来求解，根据不同的优化需求对传统配电网的漏洞和缺陷进行优化，下面举出几个例子进行说明：有一种传统的入侵算法，这种算法收敛精度较低，通过改进这种算法可以优化这种缺点，但是忽略了分布式电源的稳定性，导致实际操作中的配电网反映效果并不好。还有些算法比如遗传算法在对目标函数优化方面有一定的优势，并且在减少电网消耗和提高电压质量方面都有很大的积极影响，但是遗传算法的缺点则是过程复杂、循环次数多、算法时间长、速度慢等问题，同样在实际操作中的电网的真实反映效果并不理想。对于另一种粒子群优化算法，与其他的算法相比，更简单且具有更快的处理速度，在电网优化问题上更具有优势，但是它存在着一些不稳定性，不能取得整体最优的结果。所以需要对各种算法进行优化甚至取其所长才能满足优化要求。通过以上的分析，可以看出含分布式电源的配电网过电压的主要问题是分布式电源出力的不稳定性，接下来主要针对这个问题进行分析并提出解决办法。

在接入分布式电源的电网中，因为DG出力具有不稳定性的特点，导致优化的结果并不是很精确。针对这个问题，目前也有一些方法可以解决，比如场景分析法、区间法、分时间段法等都能配合传统过电压模型对问题进行处理，使结果达到最优。下面我们选择分时间段法进行说明，分时间段法以静态分时段思想为核心，结合分时段优化自适应策略（此策略能将多时段变化量转变为分时段固定量），对过电压进行实时调整，实现了对电网进行分时段的优化。

4结束语

分布式电源的配电网过电压是一个非常复杂的系统，涉及的问题包括多目标求解和多因素等的优化问题，并且随着技术的进步，对算法优化的要求越来越高，选择、改进合适的优化算法对含DG的配电网过电压有着重要意义。并且分布式电源的配电网会越来越重要和广泛。因此，我们应该加强对含分布式电源的配电网过电压和相关算法的研究，才能迅速提高电网的经济效益、稳定性、安全性和可靠性。

参考文献：

[1]林怀德.有源配电网潮流仿真与无功电压优化策略[D].华南理工大学,2018.

[2]赵守安.分布式电源与SVG的协调控制研究[D].广东工业大学,2018.

[3]陈斌斌.主动配电网的电能质量评估及薄弱点识别方法研究[D].华侨大学,2018.