分布式發(fā)電在配電網(wǎng)中的研究綜述

摘要 概述分布式發(fā)電的優(yōu)點，分析分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響，介紹微型燃氣輪機、風力發(fā)電機和光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學等值模型，最后對分布式發(fā)電的市場價值作了簡要的分析。

關(guān)鍵詞 分布式發(fā)電；數(shù)學模型；市場價值

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2008）24-0123-02

1 引言

分布式發(fā)電指的是在用戶附近配置比較小的發(fā)電機組來滿足特定用戶的需要或支持配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。發(fā)電機組容量一般在幾千瓦到幾十兆瓦之間。目前分布式發(fā)電的主要方案有風力發(fā)電、燃料電池發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電和微型燃氣渦輪發(fā)電組。

分布式發(fā)電作為發(fā)電系統(tǒng)的一種有力補充，有諸多優(yōu)點，然而它對電力系統(tǒng)的影響也是多方面的。由于每種分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式不同，它對電力系統(tǒng)的影響方式也不盡相同，因此，進一步研究其數(shù)學等值模型也非常有必要。另外，在我國分布式發(fā)電應(yīng)用不是很廣泛的背景下，分布式發(fā)電的應(yīng)用范圍和市場價值也有待探討。

2 分布式發(fā)電的優(yōu)點

分布式發(fā)電作為一種新興的發(fā)電方式其優(yōu)點主要體現(xiàn)在4個方面。

2.1 分布式發(fā)電具有高靈活性和高穩(wěn)定性分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電源是相互獨立的，用戶可以隨意控制，操作靈活。由于分布式電源的容量不大，其投切一般不會影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 分布式發(fā)電提高了供電的可靠性分布式發(fā)電可作為后備電源，并且在意外發(fā)生時，可迅速投入使用，以維持對重要用戶的供電。

2.3 分布式發(fā)電提高了電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性在我國一些偏遠地方，可以采取諸如風力發(fā)電的形式來解決一部分用電問題，節(jié)省投資，降低能耗。另外，分布式發(fā)電的調(diào)峰性能好，可以利用它靈活跟蹤負荷的變化，降低了電力系統(tǒng)的運行成本。

2.4 分布式發(fā)電環(huán)保性好分布式發(fā)電大多采用清潔的可再生能源，廢氣、廢渣排廢量少，清潔、噪音小、且發(fā)電效率高。

3 分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

3.1 分布式發(fā)電對繼電保護的影響引入分布式發(fā)電后，配電網(wǎng)成為一個多電源系統(tǒng)，因此要求保護設(shè)備應(yīng)具有方向性，若用方向性元件替換配電網(wǎng)中所有的熔斷器和自動重合閘裝置在經(jīng)濟上又不可行。解決這一問題的方案有切源方案和孤島方案兩種。

切源方案指的是在任何故障情況下，先斷開所有的分布式電源，然后采取原來的保護措施。但這樣大大降低了速動性和可靠性，同時還會出現(xiàn)時限配合、速斷等問題。針對此，這里引入孤島的思想[1]。利用分布式發(fā)電獨立向一部分配電系統(tǒng)供電，如果配電網(wǎng)發(fā)生故障，將配電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為若干個孤島運行，盡可能多地利用分布式電源供電，減小停電面積，提高發(fā)電效率。

3.2 分布式發(fā)電對節(jié)點電壓的影響配電網(wǎng)內(nèi)分布式電源不應(yīng)主動參與電壓調(diào)節(jié)，但分布式發(fā)電的接入必然會引起饋線中傳輸有功和無功大小以及方向發(fā)生變化，進而影響電壓的分布[2]。為避免此種情況的發(fā)生，可以減少分布式電源的無功出力，盡量讓它多發(fā)有功，并且在分布式電源的裝設(shè)點，安裝無功補償裝置，及時補充無功，阻止電壓的降低。

3.3 分布式發(fā)電對潮流分布的影響由于分布式發(fā)電系統(tǒng)中的風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)受自然天氣的影響較大，使得分布式發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出具有隨機性，因此傳統(tǒng)的潮流計算方法不再適用。解決的方法有采用負荷跟蹤法進行跟蹤控制和采用隨機潮流計算方法兩種。前者多用于短期的潮流計算，后者多用于中長期的潮流計算。

3.4 分布式發(fā)電對電能質(zhì)量的影響分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用是以電力電子技術(shù)為支撐的，而電力電子裝置本身是一個非線性元件，它在電力系統(tǒng)中必然會產(chǎn)生諧波污染，影響電能質(zhì)量。常用的抑制諧波的方法是在分布式發(fā)電裝置上并聯(lián)有源濾波器。

4 分布式電源的等值模型

電力系統(tǒng)的網(wǎng)耗、運行方式、控制策略以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性評估很大程度取決于電力系統(tǒng)的潮流分布。利用潮流計算的結(jié)果來評價分布式電源對電網(wǎng)的影響，就需要針對不同的分布式電源建立不同的數(shù)學等值模型，并將其等效為電力系統(tǒng)計算模型中的節(jié)點。

4.1 微型燃氣輪機的等值模型微型燃氣輪機與火力發(fā)電機類似，其輸出功率的大小主要由原動機的輸出功率決定。微型燃氣輪機的輸出功率為：

其中：、、分別為機械損耗，鐵損和附加損耗；為微型燃氣輪機電樞繞組的銅耗；為原動機的輸出功率；為微型燃氣輪機的電磁功率；為微型燃氣輪機的輸出功率。

微型燃氣輪機主要作用是用以維持節(jié)點電壓的幅值，在潮流計算時微型燃氣輪機等效為PV節(jié)點。

4.2 風力發(fā)電系統(tǒng)的等值模型風力發(fā)電機[3]的有功出力受風速變化的影響很大，這必然會造成系統(tǒng)的過電壓和欠電壓。在采取隨機潮流的計算方法時，一般用概率密度函數(shù)來描述隨機變量——風速。

關(guān)于風速的分布，一般認為它服從正偏態(tài)分布，其中威布爾（Weibull）分布雙參數(shù)曲線被普遍接受為風速描述的概率密度函數(shù)，其表達式如下：

v為風速，k和c分別為形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，其中：

知道了風速分布后，就可以找出風速與風力發(fā)電機組輸出功率的近似對應(yīng)關(guān)系，得出輸出功率的隨機分布函數(shù)。

風力發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，大都采用異步發(fā)電機，為實現(xiàn)異步工作，風力發(fā)電機要從電網(wǎng)中吸收無功，假定通過風力機組中電容器的自動投切，可使功率因數(shù)恒定，這樣風力發(fā)電機組吸收的無功功率也相對恒定。故而，在電力系統(tǒng)潮流計算過程中，可以將風力發(fā)電機等值為PQ節(jié)點。

4.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的等值模型光伏發(fā)電系統(tǒng)[3]的有功出力取決于光照的強度，與風力發(fā)電系統(tǒng)相似，這里用概率密度函數(shù)來描述隨即變量——光照強度。

太陽的光照強度近似看成Beta分布概率密度函數(shù)，其分布如下：

。

r和分別為這一時間段的實際光強和最大光強，和分別為Bate分布的形狀參數(shù)。應(yīng)用統(tǒng)計學的方法，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以將光強和光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出近似對應(yīng)起來，從而得到輸出功率的隨機分布函數(shù)。

光伏發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，也是用異步發(fā)電機，和風力發(fā)電機一樣，光伏發(fā)電機的有功出力和無功功率大小也相對固定，在電力系統(tǒng)潮流計算時，可以將其等值為PQ節(jié)點。

5 分布式發(fā)電的市場價值

與大型電站相比，采用分布式發(fā)電運行維護費用低，需要投資較少，不需要高壓輸電設(shè)備，而且安裝簡便，建設(shè)周期短，占地小，運行成本低。我國經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，需要更多的電力能源作為保障，而根據(jù)目前的總裝機容量推算，我國面臨著巨大的電力缺口。在今后10年內(nèi)[4]，除了要新修一部分大型電站外，積極利用可再生資源，大力發(fā)展分布式發(fā)電，不失為解決電力缺口的一種有效途經(jīng)。同時，在邊遠地區(qū)建立分布式電源，不僅能解決當?shù)氐挠秒妴栴}，還能節(jié)省輸配電設(shè)施的投資；在供電需求量大的發(fā)達城市建立分布式電源，不僅能提高電能的質(zhì)量，還能作為調(diào)峰電廠的一部分，及時調(diào)整和補充電力系統(tǒng)的有功缺額，穩(wěn)定系統(tǒng)頻率。

因此，我國的分布式發(fā)電具有良好的市場發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場價值。

6 結(jié)論

根據(jù)西方國家的經(jīng)驗，大電網(wǎng)與分布式發(fā)電相結(jié)合是一種經(jīng)濟可行的方法。中國同樣可以借鑒國外的經(jīng)驗來發(fā)展分布式發(fā)電。而且中國的電力電子技術(shù)日益成熟，這些都為分布式發(fā)電創(chuàng)造了良好的發(fā)展條件和發(fā)展空間。當然，對于分布式發(fā)電接入電網(wǎng)造成的一系列影響還有待深入研究，以便更安全，更高效的使用分布式電能。

參考文獻

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[4]尹建兵.配電網(wǎng)規(guī)劃研究[D].浙江大學，2001