分布式电源接入对配电网影响的研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

随着全球能源转型进程的加快，分布式电源（Distributed Generation, DG）以其清洁、高效、灵活的特点，在配电网中的渗透率不断提升。分布式电源的接入改变了传统配电网单向供电的拓扑结构，对配电网的电压水平、功率潮流、电能质量、可靠性及保护配置等多个方面产生了深远影响。本文系统梳理了分布式电源的类型与接入特性，从正反两方面深入分析其接入对配电网的核心影响，探讨了影响评估的关键指标与方法，最后提出了针对性的优化调控与技术应对策略，为分布式电源在配电网中的安全、高效并网运行提供理论参考与技术支撑。

关键词

分布式电源；配电网；接入影响；电能质量；可靠性；优化策略

一、引言

1.1 研究背景

在“双碳”目标引领下，新能源发电技术（如光伏、风电、生物质能发电等）得到规模化发展。分布式电源作为新能源利用的重要载体，具有靠近负荷中心、传输损耗小、投资灵活等优势，能够有效弥补传统集中式发电的不足，助力配电网向主动化、智能化转型。然而，分布式电源出力受自然条件（如光照、风速）影响较大，存在间歇性、波动性和随机性等固有特性；同时，其接入使得配电网从传统的“无源网络”转变为“有源网络”，打破了原有电网的运行平衡，给配电网的规划、运行与控制带来一系列挑战。

1.2 研究意义

深入探究分布式电源接入对配电网的影响，明确不同接入场景下的关键问题，建立科学的评估体系与应对方案，不仅能够保障配电网的安全稳定运行，提升电能质量与供电可靠性，还能促进分布式电源的充分消纳，推动能源结构优化与可持续发展。因此，开展本研究具有重要的理论价值与工程实践意义。

1.3 国内外研究现状

国内外学者针对分布式电源接入配电网的影响已开展大量研究。国外研究起步较早，在分布式电源接入的潮流计算模型、电能质量治理技术及主动配电网调控策略等方面形成了较为成熟的理论体系；国内研究聚焦于高渗透率场景下的配电网适应性改造、分布式电源与储能协同运行等关键技术，取得了一系列阶段性成果。但当前研究仍存在部分不足，如对多类型分布式电源协同接入的耦合影响研究不够深入、极端工况下的配电网安全防控技术有待完善等，需进一步开展系统性研究。

二、分布式电源的类型与接入特性

2.1 分布式电源的主要类型

分布式电源的类型丰富，根据能源来源可分为新能源类、传统能源类和储能辅助类三大类。其中，新能源类分布式电源包括光伏发电、风力发电、生物质能发电、地热能发电等，是当前发展的主流方向；传统能源类分布式电源主要有小型燃气轮机、柴油发电机等，常用于应急供电或补充供电；储能辅助类包括锂电池储能、铅酸电池储能、飞轮储能等，主要用于平抑分布式电源出力波动，提升供电稳定性。不同类型的分布式电源在出力特性、控制方式及接入要求上存在显著差异，对配电网的影响也各有侧重。

2.2 分布式电源的接入特性

分布式电源的接入特性主要体现在接入位置、接入容量及控制模式三个方面。接入位置多集中在配电网中低压侧，靠近用户负荷中心；接入容量可分为小型（kW级）、中型（MW级）和大型（10MW级以上），不同容量对配电网的影响程度差异较大；控制模式主要包括恒功率控制、恒电压控制和恒功率因数控制等，不同控制模式直接影响配电网的潮流分布与电压稳定性。此外，分布式电源的出力波动性是其核心接入特性之一，如光伏发电受光照强度、天气变化影响，出力在日内呈现显著的峰谷差异；风力发电受风速影响，出力存在随机波动，这些特性均会给配电网运行带来不确定性。

三、分布式电源接入对配电网的核心影响

3.1 对电压水平的影响

电压水平是配电网运行的核心指标之一，分布式电源接入对配电网电压的影响主要表现为电压抬升和电压波动两个方面。在接入容量较大且靠近负荷末端的场景下，分布式电源的出力会使线路中的功率流向发生改变，导致线路电压降减小，甚至出现电压抬升现象，若电压抬升超过允许范围（如10kV配电网电压偏差不超过±7%），会影响用户用电设备的正常运行，甚至损坏设备。同时，分布式电源出力的波动性会导致配电网电压出现频繁波动，尤其是在高渗透率接入场景下，电压波动幅度会显著增大，降低电能质量。此外，不同接入位置对电压的影响也存在差异，接入位置越靠近电源侧，对电压的影响范围越小；接入位置越靠近负荷侧，对电压的影响越显著。

3.2 对功率潮流的影响

传统配电网采用单向辐射式供电结构，功率潮流从电源侧单向流向负荷侧。分布式电源接入后，配电网潮流变为双向流动，打破了原有潮流分布的稳定性。当分布式电源出力较大时，部分功率会反向输送至上级电网，导致线路潮流密度增加，可能使线路过载，增加线损；当分布式电源出力较小时或停运时，配电网需依赖上级电网供电，潮流方向恢复单向，此时可能出现局部区域供电不足的情况。此外，多台分布式电源并列运行时，其出力的协同性会影响配电网潮流的分布均匀性，若调控不当，可能导致局部潮流集中，加剧线路损耗，影响配电网的经济运行。

3.3 对电能质量的影响

分布式电源接入是影响配电网电能质量的重要因素，主要体现在谐波污染、电压暂降与闪变两个方面。光伏逆变器、风电变流器等电力电子装置是分布式电源接入配电网的核心设备，其开关器件的高频切换会产生大量谐波（如3次、5次、7次谐波），这些谐波注入配电网后，会干扰精密用电设备的正常运行，增加线路损耗，甚至影响电网保护装置的动作准确性。同时，分布式电源出力的快速波动（如云层遮挡导致光伏出力骤降、阵风导致风电出力突变）会引发电压暂降与闪变，尤其是在高渗透率场景下，电压暂降的频率和持续时间会显著增加，严重影响对电能质量要求较高的用户（如精密制造业、数据中心）的正常生产与运行。

3.4 对供电可靠性的影响

分布式电源接入对配电网供电可靠性的影响具有两面性。一方面，分布式电源可作为备用电源，在上级电网发生故障时，若分布式电源具备孤岛运行能力，可向局部负荷持续供电，减少停电范围与停电时间，提升供电可靠性；另一方面，分布式电源的接入增加了配电网的故障类型与故障定位难度，如分布式电源反向送电可能导致故障电流大小与方向发生变化，使传统保护装置误动或拒动，延长故障切除时间，扩大故障影响范围。此外，分布式电源出力的不确定性会增加配电网运行的风险，若出力突然骤降，可能导致局部区域供电不足，引发供电中断。

3.5 对保护配置的影响

传统配电网保护装置的配置基于单向潮流和固定故障电流特性，分布式电源接入后，故障电流的大小、方向及持续时间均会发生改变，导致传统保护装置无法正常工作。例如，分布式电源反向送电会使线路故障电流减小，可能导致过流保护装置拒动；故障电流方向的改变会使方向保护装置误动。此外，多台分布式电源并列运行时，故障电流的叠加效应会增加保护定值整定的难度，若整定不当，会降低保护装置的动作准确性与选择性，影响配电网的安全稳定运行。

四、分布式电源接入影响的评估指标与方法

4.1 核心评估指标

为科学评估分布式电源接入对配电网的影响，需建立完善的评估指标体系，主要包括电压指标、潮流指标、电能质量指标、可靠性指标和经济性指标五大类。电压指标包括电压偏差、电压波动与闪变、电压三相不平衡度等；潮流指标包括线路潮流密度、潮流反向率、线损率等；电能质量指标包括谐波畸变率（总谐波畸变率THD、各次谐波含有率）、电压暂降频次与持续时间等；可靠性指标包括平均停电时间（SAIDI）、平均停电次数（SAIDI）、停电损失等；经济性指标包括投资成本、运行维护成本、节能效益等。通过这些指标可全面反映分布式电源接入对配电网运行的综合影响。

4.2 主要评估方法

当前常用的分布式电源接入影响评估方法主要包括仿真分析法、解析计算法和试验测试法。仿真分析法是通过建立配电网与分布式电源的仿真模型，模拟不同接入场景下配电网的运行状态，进而分析其影响，常用的仿真软件有PSCAD/EMTDC、MATLAB/Simulink、DIgSILENT等，该方法具有适用范围广、仿真精度高的特点，适用于复杂场景下的影响评估；解析计算法是基于电路理论与电力系统分析方法，通过建立数学模型推导分布式电源接入对配电网各指标的影响规律，该方法计算速度快，适用于简单场景下的快速评估，但精度相对较低；试验测试法是通过在实际配电网中接入分布式电源，开展现场试验，获取实际运行数据，进而评估其影响，该方法结果真实可靠，但受试验条件限制，成本较高，适用于关键场景下的验证性评估。

五、应对分布式电源接入影响的优化策略

5.1 优化接入规划

合理的接入规划是降低分布式电源接入影响的基础。在接入位置规划方面，应优先选择靠近负荷中心、电压水平稳定的节点接入，避免在负荷稀疏或电压敏感区域集中接入；在接入容量规划方面，应根据配电网的承载能力，合理确定分布式电源的接入容量上限，避免接入容量过大导致电压抬升、潮流过载等问题；在接入类型规划方面，应注重多类型分布式电源的协同接入，如将光伏发电与风电结合，利用两者出力特性的互补性，平抑出力波动，提升供电稳定性。此外，还应结合配电网的长期发展规划，预留分布式电源接入接口，为后续规模化接入奠定基础。

5.2 采用储能协同调控技术

储能装置是平抑分布式电源出力波动、提升配电网适应性的关键技术。通过在分布式电源附近配置储能装置，可实现对分布式电源出力的“削峰填谷”：在分布式电源出力高峰期，储能装置充电，吸收多余电能，避免电压抬升；在分布式电源出力低谷期，储能装置放电，补充供电缺口，保障电压稳定。同时，储能装置还可提供备用电源支持，提升配电网的供电可靠性。常用的储能调控策略包括基于模型预测控制的协同调控、基于实时功率平衡的自适应调控等，通过精准调控储能装置的充放电状态，实现分布式电源与配电网的协调运行。

5.3 改进配电网保护与控制策略

针对分布式电源接入对保护装置的影响，需改进配电网的保护与控制策略。在保护配置方面，可采用自适应保护技术，根据分布式电源接入后的故障电流特性，自动调整保护定值，确保保护装置的动作准确性与选择性；对于双向潮流线路，可配置方向纵联保护，通过检测故障电流方向，实现对故障区域的精准定位与切除。在控制策略方面，可采用主动配电网控制技术，通过分布式电源、储能装置与可控负荷的协同控制，优化配电网潮流分布，稳定电压水平。此外，还可引入智能调度系统，实现对分布式电源出力的实时监测与动态调控，提升配电网的运行灵活性。

5.4 加强电能质量治理

针对分布式电源接入产生的谐波污染、电压波动等电能质量问题，需采取针对性的治理措施。对于谐波污染，可在分布式电源接入点配置有源电力滤波器（APF）或无源滤波器，通过滤波装置吸收谐波电流，降低谐波畸变率；对于电压波动与闪变，可采用动态电压恢复器（DVR）或静止无功发生器（SVG），通过快速调节无功功率，稳定配电网电压水平。此外，还可优化分布式电源电力电子装置的控制策略，降低装置本身的谐波产生量，从源头上提升电能质量。

六、结论与展望

6.1 研究结论

分布式电源接入对配电网的影响是多维度、综合性的，既可能通过备用供电提升配电网的供电可靠性，也会在电压水平、功率潮流、电能质量、保护配置等方面带来挑战。其影响程度与分布式电源的接入类型、接入容量、接入位置及控制模式密切相关。通过建立科学的评估指标体系，采用仿真分析、解析计算等多种评估方法，可全面掌握分布式电源接入对配电网的影响规律。在此基础上，通过优化接入规划、采用储能协同调控技术、改进保护与控制策略及加强电能质量治理等措施，能够有效降低分布式电源接入带来的负面影响，保障配电网的安全、高效运行。

6.2 未来展望

未来，随着分布式电源渗透率的进一步提升及电力电子技术的不断发展，分布式电源接入对配电网的影响将更加复杂。后续研究可聚焦于以下方向：一是多能源互补型分布式电源（如“光伏+风电+储能+燃气轮机”）协同接入的耦合影响机制研究；二是高渗透率场景下配电网的安全稳定运行机理与防控技术研究；三是基于数字孪生、人工智能等新技术的配电网动态评估与智能调控技术研究；四是分布式电源参与配电网辅助服务的机制与效益评估研究。通过这些研究，将进一步提升配电网对分布式电源的接纳能力，推动能源互联网的建设与发展。