2.2 有源配电网
2.2.1 概述
有源配电网是进化的产物，又称主动配电网，即指含分布式发电的配电网。
分布式发电（Distributed Generation，DG）也称分散式发电或分布式供能，一般指将相对小型的发电储能装置（50MW以下）分散布置在用户现场或附近的发电/供能方式。分布式发电的规模一般不大，通常为几十千瓦到几十兆瓦，所用的能源包括天然气、沼气、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等洁净能源或可再生能源。这些分布式能源通常接入到35kV及以下电压等级的配电网；而储能装置主要为蓄电池，还有超级电容储能、超导储能、飞轮储能等。此外，为了提高能源的利用效率，降低成本，分布式发电往往采用冷热电联供或热电联产的方式。显然，分布式发电是一种与传统集中供电模式完全不同的新型供电模式。
1996年，美国电力科学研究院（Electric Power Research Institute,EPRI）在《分布式发电》一书中首次提出了分布式能源的概念，社会追求可持续发展，受环境相关法规的刺激。之后，许多国家大力发展分布式发电，美国、日本、丹麦、意大利等国纷纷表示除非特殊需要，原则上不再建设大型发电设施。1998年，分布式能源的概念被正式引入我国。如今，我国分布式能源总量已经接近1亿kW，分布式能源技术将是未来世界能源技术的重要发展方向。
分布式能源一般在本地开发，往往靠近负荷中心，只需要短距离传输，依分布式电源与公共电网的关系，其运行模式分类如表2-2所示。
表2-2 分布式电源的运行模式
2.2.2 分布式电源接入配电网的好处
1）环保节能。分布式发电大多利用可再生能源，减少了CO2、SO2等废气及固体废弃物的排放，清洁环保；同时，分布式电源靠近负荷供电，避免了远距离送电而产生的线路损耗，也避免了因建设输电线路而导致的土地占用及环境破坏问题。
2）满足偏远农村地区的要求。对于经济欠发达的农村地区，要形成一定规模、强大的集中式输配电网需要巨额的投资和很长的时间周期，分布式发电正好弥补了这种不足，解决了偏远地区的供电问题。
3）提高供电可靠性。一方面当主电网发生故障时，分布式电源与大电网分离形成电力孤岛，可以维持系统未出现故障部分的供电，避免大面积停电带来的严重后果；另一方面，分布式电源可以支持电网出现故障后到恢复正常的“黑启动”过程，由于分布式电源具有设备简单、启动速度快等优点，分布式电源能快速提供电源，独立启动各子系统，使电网恢复正常供电状态。
4）能源利用率高。分布式电源实现多系统优化，将电力、热力、制冷和蓄能技术有机地融合，实现多系统能源的互补和综合梯级利用，将每一系统的冗余限制在最低水平，将能源的利用效率发挥到最大状态。同时，使用可再生的分布式电源也没有能源枯竭的问题。
5）削峰填谷提高电网运行效率。分布式电源可以作为备用发电容量、削峰容量，也可承担系统的基本负荷，可平抑电网负荷的峰谷差，缓解电网调峰的压力，从而降低了因系统运行方式的频繁变动而导致故障的概率。
2.2.3 分布式电源接入配电网后需要注意的问题
（1）对继电保护的影响
传统配电网一般为单电源的辐射状网，继电保护一般采用三段式的电流保护，即瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。分布式电源接入配电网后，系统潮流、短路电流的方向、水平都将受到分布式电源类型、接入位置及容量的影响，可能导致原有的继电保护系统出现误动或拒动。目前我国对包含分布式电源的配电网的继电保护的研究还处于探索阶段，有很多方面值得深入探索：合理调整线路以减小分布式电源的影响，升级现有保护装置，提出新的保护方案等。
（2）对系统潮流的影响
传统配电网的潮流方向为单一的变电站指向负荷端，分布式电源的引入使得用户端也出现了电源，配电网络结构就由原来的单电源辐射型网络变成了多电源网络结构，因此某些线路上将形成双向潮流，也就意味着现在电能有可能从配电系统向更高电压等级传送。
（3）对电能质量的影响
由于分布式电源多由用户控制，用户根据需要会频繁地启动和停运，这会使配电网的线路负荷潮流变化加大，使电压调整的难度加大；另外，多数分布式电源都是采用电力电子器件作为接口，这会对电网造成谐波污染。
（4）对电压的影响
线路上的电压降为
式中，P、Q为流过阻抗为R、X线路的功率。
当在线路下游接入分布式电源后，流经线路的P、Q将降低为P-DG、Q-DG。也就是说，分布式电源将抬升末端电压，这打破了传统的电压沿馈线降低的规律，从而加大了电压调整的难度。
（5）对配电网自动化的影响
分布式电源的接入使得信息采集、开关设备操作、能源调度等过程复杂化，需要建立功能更为完善的SCADA系统，增强对海量数据的处理能力。另外，分布式发电商的竞争也会影响到电力市场的发展。
2.2.4 分布式电源接入配电网的要求
如前所述，分布式电源为保护环境和解决能源危机带来了好处，但同时它的接入也会对电力系统的结构和性能产生影响，因此对分布式电源接入配电网需要有相应的标准来约束。IEEE起草的分布式电源并网标准IEEE Std 1547.2—2008中，定义了刚性系数（Stiffness Ratio，SR）的概念，以此来衡量分布式电源并网对配电网的影响。电网刚性是指区域电网抗击由分布式电源引起的电压偏差的能力，刚性系数SR定义为公共连接点含分布式电源的配电网的短路容量与分布式电源短路容量之比，即
式中，S1 为区域配电网的短路容量；S2 为受评估分布式电源的短路容量。
SR反映了公共连接点区域配电网相对于分布式电源的强度，也反映了分布式电源对公共连接点短路电流的贡献。SR越大，则分布式电源对短路电流的贡献越小，则配电网运行电压与短路电流受分布式电源的影响越小。如果SR大于20，则可以忽略分布式电源对配电网运行的影响。
我国国家电网公司于2009年2月发布了Q/GDW 392—2009《风电场接入电网技术规定》（已被Q/GDW 1392—2015替代）；2011年发布了Q/GDW 617—2011《光伏电站接入电网技术规定》（已被Q/GDW 1617—2015替代）；为规范其他分布式电源接入电网的技术指标，发布了Q/GDW 480—2010《分布式电源接入电网技术规定》（已被Q/GDW 1480—2015替代）。《分布式电源接入电网技术规定》阐述了通过35kV及以下电压等级接入电网的新建或扩建分布式电源应该满足的技术指标，明确规定分布式电源并网点的短路电流与分布式电源的额定电流之比不宜低于10；当公共连接点处并入一个以上电源时，应总体考虑它们的影响，分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。