分布式发电对配电网继电保护的影响

分布式发电对配电网继电保护的影响

孙朋朋

国网冀北电力有限公司阳原县供电分公司  河北张家口 075800

摘要：“碳达峰、碳中和”是我国政府对世界的庄严承诺。预计到2050年，我国70%的电量将来自风光发电。2020年我国新能源新增装机1.2亿kW，预计到“十四五”期间仍将以每年新增1.3亿kW的速度发展。分布式发电（DistributedGenerations，DGs）的容量一般在几十千瓦到数兆瓦之间，以接入35kV及更低电压等级配电网为主。“十四五”期间，山东规划了500万kW城镇光伏发电、1000万kW乡村分布式光伏发电和50万kW分散式风力发电项目。分布式发电因其一次能源的不确定性具有显著的波动性和间歇性。多能互补的区域能源系统成为进一步扩大新能源发电规模同时稳定电网潮流的有效形式。在此背景下，不同形式的DGs对配电网影响越来越显著，为了有效规划电源分布，研究和开发含不同类型DGs的新的配网潮流算法尤为重要。基于此，本篇文章对分布式发电对配电网继电保护的影响进行研究，以供参考。

关键词:分布式发电系统；光伏发电系统；碳减排

引言

尽管中国的电力比较复杂，如火电、水电、风能、核能等。每种发电模式都有其局限性和弊端分布式发电的重要性及其在电力效率、运输和发电方面的好处也引起了电力供应商的更多关注。因此，必须对分布式发电进行详细分析，并充分了解使用规则，以避免任何影响。充分发挥保护效益，促进我国电力行业安全稳定运行，促进电力行业可持续发展。

1分布式发电对配电网继电保护的影响

将主电源连接到配电装置时，母线和连接到主电源的分布式电源之间的双向电源发生，从而影响配电网的主电源保护。由于继电保护装置方向的带宽相对较低，如果电流达不到相应的标准值，很容易导致继电保护装置故障，如主电源、母线等。继电保护可消除由于连接到分布式电源的主电源线出现故障而引起的故障，但配电还可为以后的分布式电源故障提供故障电流，因此，主电源保护仅测量电源，而且在以下情况下同时传输的感应系统电源、电源和电流会影响主电源线路的上下继电器，从而提供额外的电气保护。

2分布式光伏发电系统的主要特点

2.1优点

稳定高效相比于其他发电系统，分布式光伏发电系统不仅输出功率较小，同时还可规避集中式光伏发电系统对输电线路的依赖问题。集中式光伏发电系统需依托线路向电网输送电力，并在此基础上进行电力的统一调配，在此过程中系统运行极易受到电网的影响。分布式光伏发电系统的容量不大，相较于集中式光伏发电系统，电网不会对其发电效率产生任何干扰，且其制作成本较低，而工作效率却可以和集中式光伏发电系统相媲美。

2.2绿色环保

在我国社会经济发展过程中应用分布式光伏发电系统能进一步改善用电紧张的现状。包括风力发电、火力发电和水利发电在内的发电方式不仅对环境提出了较为严苛的要求，而且并不是每个地区都能够顺利应用这些发电形式。但太阳能这一清洁能源覆盖了地球上的每个角落，只要有太阳的区域，分布式光伏发电系统的应用价值便能得到充分展现。分布式光伏发电系统还能与建筑工程高效结合，分布式光伏发电系统的结构可以得到有效节省，安装成本也会进一步减少。3光伏系统设计

光伏组件的铺装分布式并网光伏发电系统单元由光伏阵列、并网逆变器等组成。根据实训楼建筑物的布局，选择屋顶式光伏阵列进行铺设。光伏组件采用单晶硅太阳能光伏组件，其优点是光电转换效率高达１７％～２５％，使用寿命长。光伏阵列由２４０块光伏组件构成，组件有效面积为４３７ｍ２。光伏组件通过串联后，以并联组串方式接入逆变器输入端，因此，需要对光伏组件串联数量进行合理地分配。光伏电池片在单位面积下的发电效率与电池片温度有关，每平方米的光伏电池片温度在１０℃～７０℃时，电池片光电转换的相对效率为２１．８０％～１７．４１％。不同温度下光伏组件的工作电压和功率的曲线变化可知，光伏组件的温度升高会造成其输出功率下降。

4计及分布式发电相关性的配电网潮流计算

地理位置相近的分散式风力发电或分布式光伏发电，由于风速、光照强度之间存在一定的关联，因此其出力也存在相关性，其相关系数矩阵可通过历史数据进行拟合。基于多项式正态变换处理含相关性非正态分布随机变量的概率问题可参考文献。通过TPNT变换，同一配电网区域内各风力发电、光伏发电之间的相关性可以去除。基本步骤为，将具有相关性的光伏发电和风力发电随机出力进行相关性处理，由PNT变换到独立正态空间。然后对独立正态空间采样，依据相对应的系数矩阵映射关系进行逆变换，返回原变量空间，最终得到去相关性的考虑多种影响因素的非正态随机发电出力以应用于PLF计算中。

5分布式光伏发电系统电气设计要点

5.1光伏组件的选型现阶段

市面上常见的光伏组件分为非晶硅电池组件、多晶硅电池组件和单晶硅电池组件三大类型。其中，晶硅类电池组件（多晶硅电池组件和单晶硅电池组件）制造技术工艺极为成熟、产品性能相对稳定、使用年限较长、光电转化效率较高，在各类大型并网光伏电站项目中得到广泛应用。非晶硅电池组件虽然价格低廉，但光电转换效率过低、运行缺乏稳定性，应用尚未成熟。

5.2逆变器设备的选型

在分布式光伏发电系统电气设计过程中，逆变器设备的选型至关重要。在选择逆变器设备时，相关人员必须综合考量分布式光伏发电系统的装机容量，确保所选择的逆变器设备的功率与装机容量保持协调一致。与此同时，选型人员还需分析大直流电压、MPPT电压区间、MPPT数量、额定输出电压、输出功率和直流输入接线端口数量等因素对分布式光伏发电系统电气运行所造成的影响。在确定直流输入接线端口数量时，必须参考组串并联具体路数；在选择组件组串数量时，要针对性分析最大直流电压和MPPT电压区间等因素。

5.3并网方式的设计

在设计分布式光伏发电系统的并网方式时，相关人员必须充分了解行业规定，全面考量电压等级和电能质量。目前，常见的分布式光伏发电站分为大型、中型和小型三大类型。小型光伏发电站所接入的电网多为0.4kV的低压型电网，中型光伏发电站所接入的电网多为10～35kV的电网，大型光伏电站所接入电网的等级大多超出110kV。相关单位在正式明确并网电压等级时，必须深入了解电网的实际情况，并依托经济辩证等方式对其进行合理分析。若高低两种等级的电压都与光伏发电站具有适配度，则低电压接入方式应为光伏发电站的首选，这样不仅能充分保障分布式光伏发电系统的运行效率，同时还能节省经济成本的投入。

结束语

针对同一区域配电网中不同分布式发电单元具有的随机性、波动性以及相关性特点，提出一种考虑分布式发电单元出力相关性的变换算法，并将其应用到随机潮流计算。该算法将具有相关性的不同新能源出力利用TPNT变换为考虑多因素影响的独立非正态随机出力，进一步通过随机潮流的计算，获得相应的概率统计特征。仿真结果表明，所提出的潮流算法灵活、简洁、应用范围广，且具有较好的准确度，可应用于随机潮流计算的数据处理中。经分析验证，所提方法能够合理反映高比例分布式发电配电网的稳态运行特性，对高比例分布式发电配电网运行和规划有一定的指导意义。

参考文献

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