分布式能源接入智能配電網(wǎng)技術(shù)探討

摘要：文章介紹了分布式能源的系統(tǒng)概念及其優(yōu)缺點，綜述了分布式能源的發(fā)展及應(yīng)用情況現(xiàn)狀，分析了分布式能源在現(xiàn)階段發(fā)展過程中所要遇到的問題，特別是分析了并網(wǎng)運行的影響并提出了相應(yīng)的解決思路。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；分布式電源；新能源發(fā)電；并網(wǎng)運行；配網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM711 文章編號：1009-2374（2015）12-0145-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.072

1 分布式發(fā)電

1.1 發(fā)電方式

分布式發(fā)電系統(tǒng)自身的特點決定了它不是采用煤作為一次能源，而是大量采用環(huán)境友善的可再生能源?？梢哉f，分布式發(fā)電技術(shù)是與新能源技術(shù)密切相關(guān)的。目前比較常見的發(fā)電方式有以下三種：

1.1.1 微型燃氣輪機發(fā)電。微型燃氣輪機主要組成部分包括微型燃氣輪機、發(fā)電機和數(shù)字電力控制器等，以天然氣、甲烷、汽油、柴油等為燃料，具有高可靠、壽命長、噪聲低、重量輕、體積小、污染低、油耗低等一系列優(yōu)點，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種分布式能源方式。

1.1.2 風(fēng)能發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，是一種清潔能源。它的輸出功率由風(fēng)能決定。風(fēng)力發(fā)電是目前新能源開發(fā)技術(shù)中最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式。

1.1.3 太陽能光伏發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在使用時將光伏電池封裝成組件，然后根據(jù)需要將組件串并聯(lián)組成方陣。

1.2 優(yōu)點

分布式能源系統(tǒng)最主要的優(yōu)點是用在冷熱電聯(lián)產(chǎn)中。但是熱，尤其是冷，不像電能那樣可以較長距離有效地輸送。因為大電廠設(shè)址有其自身的要求，一般來說，附近難以有足夠大量的、合適的冷、熱能用戶，無法進行有效的聯(lián)產(chǎn)。

分布式能源系統(tǒng)卻正好相反，按需就近設(shè)置，可以盡可能與用戶配合好，也沒有遠距離輸送冷、熱能的問題，大電網(wǎng)的輸電損失問題也不存在了。所以，雖然分布式能源系統(tǒng)純動力裝置本身效率低、價錢貴，但可以充分發(fā)揮其聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)點，保證使用單位的各種二次能源能夠充分利用。

1.3 缺點

在使用中，對于分布式的控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多不足之處，尤其是在供電性能上只能單點供應(yīng)，同時輸出的功率也較小，比起以往單機功率在百萬千瓦的電源在效能上就略顯劣勢。因此大機組單位功率的售價相比小機組要低得多，相差近幾倍。大機組集中在一起，有專門高級技工運行維護，安全性、工作壽命都應(yīng)該更有保證。所以，要對純發(fā)電成本和單位kW初投資做比較，分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)費投入要大大高于現(xiàn)在的大電力

系統(tǒng)。

2 并網(wǎng)問題和影響

一般而言，分布式電源是直接接入配電系統(tǒng)（380V或10kV配電系統(tǒng)）并網(wǎng)運行或采取獨立運行的方式。分布式發(fā)電的接入對配電網(wǎng)的供電經(jīng)濟性和節(jié)點電壓、潮流、短路電流、網(wǎng)絡(luò)供電可靠性等都會帶來影響，由此也對規(guī)劃設(shè)計提出了新要求。

2.1 對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

對于以往所使用的配電規(guī)劃方案主要是對于線路負荷的預(yù)測，根據(jù)傳統(tǒng)方式得到預(yù)測結(jié)果后根據(jù)時間的用電網(wǎng)絡(luò)方案進行比對，在選擇最為合理的方式下對用電規(guī)劃提出方案設(shè)計，并且在參考用電標準的情況下，能夠達到用電負荷的要求，可以將用電的成本控制在最優(yōu)的環(huán)境下，這就是初期的配電規(guī)劃方案研究。

鑒于傳統(tǒng)的配電規(guī)劃系統(tǒng)在使用中的不足之處，采用分布式的配電模式，利用新技術(shù)的加入對電網(wǎng)配電效率起到了很大的作用，也包括了一些影響因素，其中

包括：

2.1.1 分布式配電系統(tǒng)主要的優(yōu)勢在于對于負荷情況做出預(yù)測，在配電系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的情況下分布系統(tǒng)可以進行合理的預(yù)測。但是在使用中發(fā)現(xiàn)，對于原有的配電系統(tǒng)使用分布配電的方式，在規(guī)劃中沒有考慮到負荷過大或過小的情況發(fā)生，使得分布式的預(yù)測情況不夠全面，在遇到極端條件下，很難有準確的規(guī)劃預(yù)測。

2.1.2 在以往的配電網(wǎng)絡(luò)中，對于節(jié)點的數(shù)量有明確的規(guī)定，根據(jù)線路荷載的加大，節(jié)點數(shù)也相應(yīng)的調(diào)高，所增加的節(jié)點使得發(fā)電系統(tǒng)受到了很大的限制，在這樣的情況下，利用分布系統(tǒng)的調(diào)試方案會使得節(jié)點的數(shù)量發(fā)生一定的變化，使得配電的方案存在很大的不穩(wěn)定性，也難以在數(shù)據(jù)分析中對負荷情況進行預(yù)測，并尋找最優(yōu)的配合方案。

2.1.3 在混合型的配電模式中，使用單一的特征模式對供電系統(tǒng)進行分析很難有較為全面的判斷，在分布式的供電分析中，尋找最為合理的配置電力系統(tǒng)方式較為困難，簡單的分布方式無法統(tǒng)籌規(guī)劃多樣的電力配給方案，因此很難解決實際的供電設(shè)備發(fā)電的問題。

2.2 對網(wǎng)絡(luò)損耗造成的影響

以往的電路計算配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)的損耗問題主要是對電力負荷情況進行分析，負荷的指標再乘以設(shè)計規(guī)范中的參數(shù)得到的就是電力的損耗情況，但是這樣的計算也只能是簡單的估算，無法達到精確計算的目的。使用分布式的配電系統(tǒng)在這個基礎(chǔ)進行了改進，不僅通過負荷情況進行計算，還對線路中的電容情況進行分析，在拓撲的條件下分析出電容的使用情況，并根據(jù)電容計算出電壓，在單點電源和多點電源共同配合下形成的網(wǎng)絡(luò)式電路。在配電系統(tǒng)的潮流輻射計算中得到母線流經(jīng)子線的電流拓撲情況，并根據(jù)單線的負荷情況推斷出電流的流向和大小，但是這種辦法也不能完全的得到準確的結(jié)果，在預(yù)測中數(shù)據(jù)的變動很難推斷出，得出的線路損耗的結(jié)果是在一個線路負荷區(qū)間當中進行參考。

2.3 對電容保護系統(tǒng)造成的影響

使用分布式的電力控制系統(tǒng)會使得電容中電壓值發(fā)生變化，直接導(dǎo)致電容的保護作用發(fā)生變化，其中表現(xiàn)最為明顯的是以下四個方面：

2.3.1 電壓的變化過快，會使得電容內(nèi)部的反應(yīng)裝置無法正常使用，直接導(dǎo)致繼電系統(tǒng)無法起到靈敏保護的效果，甚至?xí)霈F(xiàn)不報錯的情況，這樣在線路中就起不到過載和欠載保護的效果。同時分布式控制系統(tǒng)會使得流經(jīng)繼電系統(tǒng)的電流過小，繼電裝置沒有達到額定的電壓時，系統(tǒng)不會進行自動的運轉(zhuǎn)，使得繼電保護無法正常的工作，也不能在線路發(fā)生事故的過程中及時地將電流進行切斷。

2.3.2 最為嚴重的情況是在使用分布式的控制系統(tǒng)，且沒有足夠的電流流經(jīng)繼電器時，系統(tǒng)會出現(xiàn)誤動作，一旦出現(xiàn)誤動作時，相關(guān)的節(jié)點就會將電源坐在的控制裝置進行放電處理，再次導(dǎo)致電源的誤動作發(fā)生。

2.3.3 對于電網(wǎng)的故障分析能力會有所提高，在使用分布式的控制系統(tǒng)中，所使用的節(jié)點數(shù)發(fā)生了變化，在信號的波幅也相應(yīng)的增大，可以明顯地反映出線路的故障情況，在很大的程度上起到了降低線路故障發(fā)生的可能性，同時容量較大的繼電裝置可以控制出現(xiàn)較大電壓的情況發(fā)生。

2.3.4 在利用分布式的控制系統(tǒng)中，停電的范圍會出現(xiàn)進一步擴大，在非合同的情況下一旦出現(xiàn)了系統(tǒng)因為故障跳閘保護發(fā)生，出現(xiàn)停電的區(qū)域?qū)⒆兊酶?，分布式的控制電源會出現(xiàn)停止工作的情況，并將電力線路中過大的電路進行控制，發(fā)生誤動作保護，從此所進行的跳閘處理在短期內(nèi)無法再進行正常的供電，重新處理繼電裝置線路才能恢復(fù)正常的使用。

2.4 對配電線路效率的影響

在分布式的控制系統(tǒng)運用于配網(wǎng)中，對于配網(wǎng)的輸送電能效率也會發(fā)生一定的影響，其中主要包含以下兩個方面：

2.4.1 在以往的電力配電網(wǎng)絡(luò)輸送中，線路的輸送效率和電路負荷成正相關(guān)，同時負荷越大所造成電壓波動就越大，線路中的無功補償方案與分布式控制相互配合，在線路電壓出現(xiàn)過大時，負荷在配電中處于較大的水平，使得電壓的波動更為明顯，直接導(dǎo)致輸送效能的降低。同時在分布式控制系統(tǒng)中電源的使用情況發(fā)生了改變，也會對整體的電壓情況造成影響，其中影響包括：（1）在對分布式電力控制的電源調(diào)試過程中，負載的調(diào)試運行發(fā)揮著重要的作用。當電源的輸出電壓大于負載電壓時，電流就會相應(yīng)降低，使得繼電裝置在電壓的控制下降低波動，從而形成較為穩(wěn)定的分布式電源模式；（2）運行中出現(xiàn)分布控制裝置不能和負載共同使用，當分布電力設(shè)備中功率發(fā)生變化時，電機對負荷造成一定的干擾，電源的電壓發(fā)生較大的波動，可能會出現(xiàn)閃變和斷路的情況，嚴重地影響輸電線路的穩(wěn)

定性。

2.4.2 產(chǎn)生諧波。在分布式的控制方式下，會使得電路產(chǎn)生諧波效應(yīng)，在電源電壓轉(zhuǎn)換的過程中，由于波動的情況較為嚴重，電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，輸電也呈現(xiàn)間歇性。同時分布式的電源采用的電子操控設(shè)備，在電路附近會產(chǎn)生電子干擾現(xiàn)象，導(dǎo)致電路的波形發(fā)生不可預(yù)測的變化。以電路機組為例，在交換電壓的環(huán)境下，電路中產(chǎn)生的諧波使得電路的電流發(fā)生紊亂，電路機組中的功率也會呈現(xiàn)不均勻的變化，最終導(dǎo)致機組發(fā)生不穩(wěn)定的情況。

3 結(jié)語

綜上所述，不論是風(fēng)力發(fā)電還是光伏發(fā)電，要進行并網(wǎng)連接都存在一定的缺陷，例如不穩(wěn)定、可調(diào)度性低、性能差等，若以分散方式將其接入就能有效實現(xiàn)接地平衡，促進新能源的有效利用，加速整個智能電網(wǎng)及服務(wù)體系的建設(shè)。本論文的終端客戶是指在目前的社會環(huán)境下，以利用新興能源作為最終目的的單一電網(wǎng)用戶，通常發(fā)電設(shè)備容量比較小，范圍在幾百瓦至幾百千瓦之間，自發(fā)自用，同時還可以將多余的電量出售給傳統(tǒng)電網(wǎng)，在低壓側(cè)并網(wǎng)，通過控制器對其相應(yīng)的條件進行適當控制，確保滿足條件則并網(wǎng)，否則就脫網(wǎng)。

參考文獻

[1] 楊仁花，黃偉，等.微網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行控制[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（1）.

[2] 張國芳，呂林，劉俊勇.考慮分布式電源的智能電網(wǎng)備用市場交易模型[J].四川電力技術(shù)，2009，（12）.

[3] 鄭志杰，李磊，王葵.大規(guī)模光伏并網(wǎng)電站接入系統(tǒng)若干問題的探討[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（2）.

[4] 余運江，楊波，等.全數(shù)字化控制光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].機電工程，2008，25（10）.

[5] 張伯明.含特高壓輸電智能電網(wǎng)的三維協(xié)調(diào)控制中心技術(shù)[A].特高壓輸電技術(shù)國際會議論文集[C].2009.

作者簡介：張敏智（1970-），男，廣東電網(wǎng)公司佛山供電局電氣工程師，研究方向：配電網(wǎng)分布式新能源接入智能電網(wǎng)技術(shù)及配電網(wǎng)自動化技術(shù)。

（責(zé)任編輯：陳 倩）