2.2 有源配電網

2.2.1 概述

有源配電網是進化的產物，又稱主動配電網，即指含分布式發電的配電網。

分布式發電（Distributed Generation，DG）也稱分散式發電或分布式供能，一般指將相對小型的發電儲能裝置（50MW以下）分散布置在用戶現場或附近的發電/供能方式。分布式發電的規模一般不大，通常為幾十千瓦到幾十兆瓦，所用的能源包括天然氣、沼氣、太陽能、生物質能、氫能、風能、小水電等潔凈能源或可再生能源。這些分布式能源通常接入到35kV及以下電壓等級的配電網；而儲能裝置主要為蓄電池，還有超級電容儲能、超導儲能、飛輪儲能等。此外，為了提高能源的利用效率，降低成本，分布式發電往往采用冷熱電聯供或熱電聯產的方式。顯然，分布式發電是一種與傳統集中供電模式完全不同的新型供電模式。

1996年，美國電力科學研究院（Electric Power Research Institute,EPRI）在《分布式發電》一書中首次提出了分布式能源的概念，社會追求可持續發展，受環境相關法規的刺激。之后，許多國家大力發展分布式發電，美國、日本、丹麥、意大利等國紛紛表示除非特殊需要，原則上不再建設大型發電設施。1998年，分布式能源的概念被正式引入我國。如今，我國分布式能源總量已經接近1億kW，分布式能源技術將是未來世界能源技術的重要發展方向。

分布式能源一般在本地開發，往往靠近負荷中心，只需要短距離傳輸，依分布式電源與公共電網的關系，其運行模式分類如表2-2所示。

2.2.2 分布式電源接入配電網的好處

1）環保節能。分布式發電大多利用可再生能源，減少了CO₂、SO₂等廢氣及固體廢棄物的排放，清潔環保；同時，分布式電源靠近負荷供電，避免了遠距離送電而產生的線路損耗，也避免了因建設輸電線路而導致的土地占用及環境破壞問題。

2）滿足偏遠農村地區的要求。對于經濟欠發達的農村地區，要形成一定規模、強大的集中式輸配電網需要巨額的投資和很長的時間周期，分布式發電正好彌補了這種不足，解決了偏遠地區的供電問題。

3）提高供電可靠性。一方面當主電網發生故障時，分布式電源與大電網分離形成電力孤島，可以維持系統未出現故障部分的供電，避免大面積停電帶來的嚴重后果；另一方面，分布式電源可以支持電網出現故障后到恢復正常的“黑啟動”過程，由于分布式電源具有設備簡單、啟動速度快等優點，分布式電源能快速提供電源，獨立啟動各子系統，使電網恢復正常供電狀態。

4）能源利用率高。分布式電源實現多系統優化，將電力、熱力、制冷和蓄能技術有機地融合，實現多系統能源的互補和綜合梯級利用，將每一系統的冗余限制在最低水平，將能源的利用效率發揮到最大狀態。同時，使用可再生的分布式電源也沒有能源枯竭的問題。

5）削峰填谷提高電網運行效率。分布式電源可以作為備用發電容量、削峰容量，也可承擔系統的基本負荷，可平抑電網負荷的峰谷差，緩解電網調峰的壓力，從而降低了因系統運行方式的頻繁變動而導致故障的概率。

2.2.3 分布式電源接入配電網后需要注意的問題

（1）對繼電保護的影響

傳統配電網一般為單電源的輻射狀網，繼電保護一般采用三段式的電流保護，即瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護。分布式電源接入配電網后，系統潮流、短路電流的方向、水平都將受到分布式電源類型、接入位置及容量的影響，可能導致原有的繼電保護系統出現誤動或拒動。目前我國對包含分布式電源的配電網的繼電保護的研究還處于探索階段，有很多方面值得深入探索：合理調整線路以減小分布式電源的影響，升級現有保護裝置，提出新的保護方案等。

（2）對系統潮流的影響

傳統配電網的潮流方向為單一的變電站指向負荷端，分布式電源的引入使得用戶端也出現了電源，配電網絡結構就由原來的單電源輻射型網絡變成了多電源網絡結構，因此某些線路上將形成雙向潮流，也就意味著現在電能有可能從配電系統向更高電壓等級傳送。

（3）對電能質量的影響

由于分布式電源多由用戶控制，用戶根據需要會頻繁地啟動和停運，這會使配電網的線路負荷潮流變化加大，使電壓調整的難度加大；另外，多數分布式電源都是采用電力電子器件作為接口，這會對電網造成諧波污染。

（4）對電壓的影響

線路上的電壓降為

式中，P、Q為流過阻抗為R、X線路的功率。

當在線路下游接入分布式電源后，流經線路的P、Q將降低為P-DG、Q-DG。也就是說，分布式電源將抬升末端電壓，這打破了傳統的電壓沿饋線降低的規律，從而加大了電壓調整的難度。

（5）對配電網自動化的影響

分布式電源的接入使得信息采集、開關設備操作、能源調度等過程復雜化，需要建立功能更為完善的SCADA系統，增強對海量數據的處理能力。另外，分布式發電商的競爭也會影響到電力市場的發展。

2.2.4 分布式電源接入配電網的要求

如前所述，分布式電源為保護環境和解決能源危機帶來了好處，但同時它的接入也會對電力系統的結構和性能產生影響，因此對分布式電源接入配電網需要有相應的標準來約束。IEEE起草的分布式電源并網標準IEEE Std 1547.2—2008中，定義了剛性系數（Stiffness Ratio，SR）的概念，以此來衡量分布式電源并網對配電網的影響。電網剛性是指區域電網抗擊由分布式電源引起的電壓偏差的能力，剛性系數SR定義為公共連接點含分布式電源的配電網的短路容量與分布式電源短路容量之比，即

式中，S₁ 為區域配電網的短路容量；S₂ 為受評估分布式電源的短路容量。

SR反映了公共連接點區域配電網相對于分布式電源的強度，也反映了分布式電源對公共連接點短路電流的貢獻。SR越大，則分布式電源對短路電流的貢獻越小，則配電網運行電壓與短路電流受分布式電源的影響越小。如果SR大于20，則可以忽略分布式電源對配電網運行的影響。

我國國家電網公司于2009年2月發布了Q/GDW 392—2009《風電場接入電網技術規定》（已被Q/GDW 1392—2015替代）；2011年發布了Q/GDW 617—2011《光伏電站接入電網技術規定》（已被Q/GDW 1617—2015替代）；為規范其他分布式電源接入電網的技術指標，發布了Q/GDW 480—2010《分布式電源接入電網技術規定》（已被Q/GDW 1480—2015替代）。《分布式電源接入電網技術規定》闡述了通過35kV及以下電壓等級接入電網的新建或擴建分布式電源應該滿足的技術指標，明確規定分布式電源并網點的短路電流與分布式電源的額定電流之比不宜低于10；當公共連接點處并入一個以上電源時，應總體考慮它們的影響，分布式電源總容量原則上不宜超過上一級變壓器供電區域內最大負荷的25%。