柔性配电网接入分布式电源的架构分析与仿真研究史敏杰 摘要：近年来，分布式发电技术获得了越来越广泛的应用，各种分布式电源(DG)的并网发电对电力系统的安全稳定运行提出了新的挑战。分布式电源和微电网的大量接入是未来配电网结构变化的总体趋势，同时信息技术的融入使之逐渐成为智能配电网的预期架构。智能配电网具有多样化特征，表现为分布式电源(DG)的形式多样、拓扑结构的形式多样和运行模式的形式多样。未来将大量出现各式各样的复杂配电网结构，因此要解决这些新型复杂配电系统中隐藏的问题，正确可行的建模分析方法是当前主要的手段。本文就柔性配电网接入分布式电源的架构分析与仿真展开探讨。关键词：柔性配电网；分布式发电；仿真研究；运行控制当传统中、低压配电网中的分布式电源容量达到较高的比例(即高渗透率)时，要实现配电网的功率平衡与安全运行，并保证用户的供电可靠性和电能质量，存在一定的困难，因此，配电网如何消纳DG成为了热点研究课题。1分布式电源概述特点分布式电源具有以下的特点：首先，分布式电源因为安装比较简便，因此常常会被安装在靠近用电户的位置，离用电户比较近，这样可以避免长距离的输电线路，有效降低输配电线路中的电能损耗，节约成本，提高电力企业的经济效益；其次，分布式电源可有使用天然气、煤层气等燃料，也可以利用沼气、焦炉煤气等废弃资源，甚至可以利用风能、太阳能、水能等可再生资源，因此具有经济性、环保性、能源利用多样性等特点。2柔性配电网架构分析（1）架构特点。柔性配电网的架构特点表现为其拓扑结构和运行模式的灵活性。包含高、中压配电层及微网层的按电压等级分层的交直流混合配电系统结构由美国大学学者率先提出。链式结构的AC/DC配电网分别接于电源的两端，然后通过换流器来实现层级之间的互联。本文在CPES中心提出的总体架构基础上，结合智能配电网技术趋势和南方电网示范工程技术要求提出了一种典型网架结构。该结构具有如下特点:交直流混合配电模式，直流母线和交流母线均可接入分布式电源和负荷;引入多个柔性配电开关(SOP)，有利于闭环解耦结构在交流馈线之间形成，进而使供电系统的可靠性及潮流调节的灵活性得到提高。（2）DG接入模式。例如，在南方电网示范工程中接入了风、光、储等形式的分布式电源，这些分布式电源可交流接入或者直流接入。示范工程的光伏电池分别安装在3栋教学楼楼顶，占地总面积约1500m2。光伏系统并入中低压直流配电网是通过DC/DC变流器来实现的。本文将150kW和90kW的光伏发电系统分别接于节点B15(中压层)和节点3(低压层)，此外储能系统接于节点B12。在柔性配电网SOP的直流母线上接入永磁直驱式风机。为了简化其他电力电子装置的复杂控制系统，可将中压直流配电网与直驱式同步电机网侧的接口换流器换为模块化多电平变流器(MMC)。3接入分布式电源对配电网继电保护的影响（1）对配电网电压波动的影响。在配电网中，电压会随着接入的分布式电源功率、电源运行产生一定的波动。首先，当接入的分布式电源输出量随着当地负荷的变化而相应变化的时候，分布式电源会抑制电力系统电压的波动；第二，当接入的分布式电源不能随着当地负荷的变化而相应变化的时候，分布式电源的发电功率随机变化或者突然骤停都会影响当地负荷的协调运行，引起供电系统电压的波动，从而出现电压闪边等电能质量问题。（2）对继电保护产生的影响。在整个电力系统的配电网中，分布式电源的接入会影响配电网继电保护装置动作的保护性、可靠性和灵敏性。例如，当分布式电源支路连接在整个配电网的馈线末端的时候，使整个电网系统成为了一个两端双电源供电的情况，如果多方并联电路中的一点支线出现故障，因为分布式电源的接入出现了反故障电流，导致不能只通过切断该支线继电保护装置就能完成紧急处理措施，需要多方位的检查其他并联电路的保护装置之后才能进行继电保护装置的切断，浪费了故障处理的时间，可能会导致整个电网的非故障性全面瘫痪。（3）分布式电源并网对配电网运行管理的影响。分布式电源并网接入电网后，将使得配电网调度、运行管理的南墩进一步升级。风力发电、光伏发电等可再生能源分布式电源的输出波动性、随机性比较强，另外用户侧分布式电源的投入和退出通常依据用户自身需要进行发电，这些特点将给配电网运行方式安排、最优网络运行结构的确定后带来一定困难。分布式电源并网后，对配电网的规划建设、检修维护带来了一定的困难。多台分布式电源的控制无法同时进行，使得配电网的停电检修计划的安排实施也会有很大的难度。（4）对短路电流产生的影响。分布式电源本身不属于供电系统结构的一部分，一旦把分布式电源接入到配电网中，会使整个配电网的供电结构发生变化，通过输配电线路负荷一定量的功率。在这种供电结构的情况下，如果接入了分布式电源的配电网发生故障的时候，电网的总系统电源和分布式电源可能会同一时间向故障点提供短路电流，改变短路电流的大小，增大配电网短路故障损毁的程度和几率。（5）分布式电源对配电网规划建设与经营的影响分布式电源的大量应用，将会对配电系统的规划建设与市场经营带来新的问题。（1）对建设规划及负荷预测的影响。分布式电源被大量的电力用户安装使用，从而使得配电系统规划设计人员对负荷增长情况的预测难度增加，从而造成对配电系统规划的合理性难以估计。（2）分布式发电接入的经济问题。分布式电源接入电网后，由于自备分布式电源用户的电源偷投切不确定性.电网公司为保证自备电源停运后系统的正常运行，需要留出一定的备用容量，从而增加电力公司的投资以及运行成本，这些是否应该由分布式电源业主来部分分担成为值得问题。因此，需要完善电价政策，合理地调整供电企业与DER业主的利益。4能量优化管理仿真在风速、光照参数发生大幅度变化时，通过SOP在整个配电网需求DG消纳路径。设光照初值为202W/m2，风速初值设为4m/s。优化前VSC1工作于VQ控制模式，VSC2和VSC3不输送功率。当t=5s时，通过配电中心指令VSC3将区域2分布式电源出力的50%输送至区域1。当t=8s时，光照升为1000W/m2，双馈风机安装点风速由12m/s降为4.5m/s，同时直驱风机安装点风速升为13m/s;当t=9s时，通过改变VSC3的调节指令，可将子网区域1所发功率的40%输送到区域2中。为1、2两区域总馈线、相关分布式电源以及换流器VSC3的潮流变化及出力的变化。风速降低使双馈风机由超同步运行变为欠同步运行，输出功率由2.2WM减为0.4MW;直驱风机出力由0.2MW增为1.4MW。此时，区域1和区域2出现较大的功率不平衡，若不进行全网优化，经济性将变差。在t=9s时，改变VSC3功率方向，由区域1输送给区域2改为相反方向，这时会发现区域1馈线的功率出现正负值的翻转，而区域2馈线的出力出现下降，这是由于1、2两区域的负荷主要由光伏发电、上层电网及直驱风机来共同承担造成的。可见，配电网接纳分布式电源的能力可通过能量调度得以提高。结语综上所述，虽然分布式电源具有经济性、环保性、能源利用多样性、安全性、可靠性等特点，被广泛应用在电力系统的配电网继电保护中，但在实际的应用中，也会对配电网继电保护产生一些不利影响，对于这些不利影响，我们可以通过在配电网中接入分布式电源的同时装入短路电流限制器、做好并网控制工作保证并网安全运行等工作，提高分布式电源在配电网继电保护中的作用。参考文献1王成山.我国智能配电技术展望J.南方电网技术，2015.2赵俊华.电力CPS的架构及其实现技术与挑战J.电力系统自动化，2016. -全文完-