分布式能源發(fā)展及其并網(wǎng)研究

袁文偉

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，能源消費總量的不斷增加，分布式能源的潛在價值逐漸顯現(xiàn)。文章簡單介紹了分布式能源的系統(tǒng)概念及其優(yōu)缺點，綜述分布式能源的發(fā)展及應用情況現(xiàn)狀，深入分析分布式能源在現(xiàn)階段發(fā)展過程中遇到的問題，特別是并網(wǎng)運行的影響并提出相應的解決思路。

關鍵詞：分布式能源；發(fā)電方式；并網(wǎng)；配網(wǎng)

中圖分類號：F426.61 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0170-03

1 分布式能源系統(tǒng)

集中式與分布式有機結合是21世紀能源工業(yè)重要發(fā)展方向，新的能源系統(tǒng)將可能影響到人類的生活方式和社會發(fā)展的進程。相對于傳統(tǒng)的集中式供電方式，分布式能源系統(tǒng)是一種建立在用戶端的能源供應方式，可獨立運行，也可并網(wǎng)運行，是以資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對于集中供能的分散式供能方式。

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。可以說，分布式發(fā)電技術是與新能源技術密切相關的。目前，比較常見的發(fā)電方式有以下幾種。

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，是目前應用較為廣泛的一種分布式能源方式。

1.1.2 風能發(fā)電

風力發(fā)電技術是將風能轉化為電能的發(fā)電技術，是一種清潔能源。它的輸出功率由風能決定。風力發(fā)電是目前新能源開發(fā)技術中最成熟、最具規(guī)模化商業(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)電技術是利用半導體材料的光電效應直接將太陽能轉化為電能。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)的最主要優(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。因為大電廠設址有其自身的要求，一般來說，附近難以有足夠大量合適的冷、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，尤其是在供電性能上只能單點供應，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少就略顯劣勢。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、工作壽命都應該更有保證。所以，要對純發(fā)電成本和單位初投資作比較，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 發(fā)展現(xiàn)狀

我國分布式能源發(fā)展在國家政策的扶植之下，快速實現(xiàn)了發(fā)展，尤其是在風電、光伏、天然氣發(fā)電領域，但是2012年以來，在我國經(jīng)濟增速下降，歐美“雙反”以及經(jīng)濟危機的沖擊之下，可再生能源行業(yè)發(fā)展從快速增長期進入穩(wěn)健增長階段，市場的增速將從前幾年的30%以上的增長速度下降至10%左右的增速，同時在產(chǎn)能過剩陰影之下的風電、光伏行業(yè)，相關組件的市場價格將會保持在相對低的位置，這對于分布式能源發(fā)展來說是一個挑戰(zhàn)，也是一個重要的機遇。

國家發(fā)改委在《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》指出，“十二五”期間，我國將建設1 000個左右天然氣分布式能源項目，并擬建設10個左右各類典型特征的分布式能源示范區(qū)域。到2020年，在全國規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機規(guī)模達到5 000 萬kW，初步實現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化。以城市、工業(yè)園區(qū)等能源消費中心為重點，大力推進分布式能源技術應用，盡快提高分布式供能比重。

截止至2014年10月，廣東省東莞市的分布式電源以太陽能光伏發(fā)電為主，機組容量38 027.56 kW。發(fā)電量基本上在用戶側被消化掉，相當于并網(wǎng)不上網(wǎng)的運行模式。東莞市太陽能光伏發(fā)電業(yè)主項目具體情況見表1。

3 并網(wǎng)問題

一般而言，分布式電源是直接接入配電系統(tǒng)（380 V或10 kV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)絡供電可靠性等都會帶來影響，由此也對規(guī)劃設計提出了新要求。

3.1 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測，在根據(jù)傳統(tǒng)方式得到的預測結果后，根據(jù)時間的用電網(wǎng)絡方案進行比對，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)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，采用分布式配電模式，利用新技術的加入對電網(wǎng)配電效率起到了很大的作用，其中也包括了一些影響因素，包括：

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)劃預測。

②在以往的配電網(wǎng)絡中，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測，并尋找最優(yōu)的的配合方案。

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，找尋最為合理的配置電力系統(tǒng)方式較為困難，簡單的一種分布方式無法統(tǒng)籌規(guī)劃多樣的電力配給方案，因此很難解決實際中供電設備發(fā)電的問題。

3.2 對網(wǎng)絡損耗造成的影響

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得到準確的結果，在預測中數(shù)據(jù)的變動很難推斷出，得出的線路損耗結果是在一個線路負荷區(qū)間當中進行參考。

3.3 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，直接導致電容的保護作用發(fā)生變化，其中表現(xiàn)最為明顯的有以下幾個方面：

①電壓的變化過快，會使得電容內(nèi)部的反應裝置無法正常的使用，直接導致繼電系統(tǒng)無法起到靈敏保護的效果，甚至會出現(xiàn)不報錯的情況發(fā)生，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，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將電流進行切斷。

②最為嚴重的情況是在使用分布式的控制系統(tǒng)，在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，再次導致電源的誤動作發(fā)生。

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的增大，可以明顯的反應出線路的故障情況，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。

④在利用分布式的控制系統(tǒng)中，停電的范圍會進一步的擴大，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)域將變得更大，分布式控制電源會出現(xiàn)停止工作的情況，并將電力線路中過大的電路進行控制，從而發(fā)生誤動作保護。從此所進行的跳閘處理在短期內(nèi)無法在進行正常的供電，重新處理繼電裝置線路才能恢復正常的使用。

3.4 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：

①在以往的電力配電網(wǎng)絡輸送中，線路的輸送效率和電路負荷成正相關，同時負荷越大所造成的電壓波動越大，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：

其一，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，電流就會相依的降低，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。

其二，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)閃變和斷路的情況發(fā)生，嚴重影響輸電線路的穩(wěn)定性。

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，在電源電壓轉換的過程中，由于波動情況較為嚴重，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的電子操控設備，在電路附近會產(chǎn)生電子干擾現(xiàn)象，導致電路的波形發(fā)生不可預測的變化。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，最終導致機組不穩(wěn)定。

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