分布式發電技術在電力系統中的應用綜述

蘇萌

摘要：當今社會對電力供應的質量與安全可靠性要求越來越高，分布式發電技術是今后的發展方向。本文集中闡述、比較了幾種主要的分布式發電技術的特點，分析了其對電力系統各方面的影響和作用以及今后的應用展望。

Abstract： In today's society， the quality， safety and reliability requirements of power supply are getting higher and higher， and distributed power generation technology is the future development direction. This paper focuses on the characteristics of several major distributed power generation technologies， and analyzes their impact on various aspects of power systems and their future application prospects.

關鍵詞：分布式發電;電力系統;綜述

Key words： distributed power generation;power system;review

中圖分類號：TM61 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0227-02

0 ?引言

2018年3月巴西大停電、2019年3月委內瑞拉大停電、2019年6月烏拉圭大停電是近年來世界上大電網出現的主要問題。單一的網架模式是事故發生的重要原因，傳統的發電-輸電-變電-配電模式看似成熟，但實際上十分脆弱。這是因為網架的單鏈條以及環形模式往往互相影響，某一點的故障如不能及時修復就有可能導致整個電網的崩潰，因此，如何加強網架的風險抵御能力，提升網架的安全可靠性是近年來電力行業的主要探索方向。分布式發電有別于傳統意義上的發電模式，電能不需要長遠距離的運輸，即就地發電，即刻使用，隨時控制，隨時使用，具有節約網架基建投資，減少土地走廊、空間占用，減少環境噪音、電磁輻射等優點，是電力行業的重點推動專業方向。

1 ?分布式發電特點

分布式發電技術有別于傳統電網的最大不同是是發輸配三者在物理空間上高度壓縮，其主要技術特點如下[1]：①一般建設在用戶附近，輸送通道較短，且輸送方式靈活;②具備接入現有網架的技術基礎，通過一定的技術手段可以反接入電網;③利用新能源發電較多，送側成本較低;④電能質量難以保證，電壓波形十分不穩定。

2 ?分布式發電技術概況

在美國，在西部較為廣闊的自然需求端，分布式發電技術獲得了用戶的集體青睞，容量為1kW到10MW分布式電源發電和儲能單元得到了廣泛應用。在荷蘭、英國等歐洲國家，分布式發電政策都已通過了立法，并提出了結合各自國家實際情況的具體措施，如熱電聯合等[2]。

在我國，風力發電、太陽能光伏電池、中小水電等都得到了廣泛而契合實際的應用，主要集中在廣大經濟欠發達的農村地區來說，特別是農牧地區和偏遠山區，針對性解決了建設集中式供配電網所需要的資金和時間問題。

分布式發電技術分類及經濟比較如表1[3]。

目前，應用較為廣泛的分布式發電技術主要有以下幾種：

2.1 光伏發電技術 ?光伏發電技術即是將太陽能直接轉換成為電能直接利用，光伏發電具有能源獲取成本低、技術相對成熟等優點，目前在我國中西部得到了廣泛推廣，缺點是建設成本相對非常高，后期污染問題突出。

2.2 風力發電技術 ?風力發電技術即是將風能直接轉換為電能直接利用，風力發電和光伏發電一樣，能源獲取成本較低，技術相對較為成熟，在我國西部和東部沿海地區應用已十分成熟，受到了當地政府和群眾的大力支持。但風力發電的缺點也較為突出，受限于風力的不穩定性，風力發電諧波問題較為嚴重，電能質量提升是嚴峻挑戰。

2.3 燃料電池 ?燃料電池主要是通過電化學反應而產生電能的技術，燃料電池在交通行業目前得到了大規模推廣應用，燃料電池的優點主要是其使用位置和使用方式的靈活多變，可以加工成為各種形狀，不受空間因素的影響。但從目前來看，燃料電池的容量是制約其在工業生產領域廣泛應用的主要因素，電池容量與生產工藝和成本直接相關，從投資有效性角度分析，燃料電池更適用于特定行業。

2.4 微型燃氣輪機 ?微型燃氣輪機是指功率較低的小型燃氣輪機，目前主要集中在邊遠山區即交通不便、能源匱乏的地區，投資費用較低，但應用范圍有限。（表2）

3 ?分布式發電對常規網架的影響

3.1 對網架電壓的影響 ?分布式發電一旦接入常規網架，其首先會對系統電壓產生沖擊影響，勿論沖擊的大小，網架所接受到電壓波動必將傳遞，隨著接入分布式發電源的數量增加，電壓所受到的影響會更為加劇。傳統網架的穩壓模式和措施往往針對于短時間的操作過電壓或者自然界的雷電過電壓[4]，對于從配網端逐一接入的分布式發電源對策較少，相對并不完善，容易為其他用戶帶來影響，進而導致整個網架的電壓波動。具體來說，分布式發電接入對網架電壓的影響主要有：①接入分布式發電會對接入回路產生直接影響，即對線路的電壓分布產生直接影響，接入數量越多，容量即越大，產生的影響越難以消除;②在網架節點上接入分布式發電，對整個節點關聯的用戶均會產生影響，且節點分布范圍影響難以估算;③一般情況下，法拉第效應會導致受端電壓的抬升，這就為分布式發電接入點的選擇提出了技術要求。

3.2 對電能質量的影響 ?如前文所述，分布式發電有別于傳統網架利用煤氣、水利發電，往往利用新能源如太陽能、風能、化學能等發電，這就涉及到大量的整流逆變技術，極易產生難以消除的諧波，對電能質量影響極為惡劣，進而影響到用戶的實際使用效果。具體來講，分布式發電對電能質量的影響主要有：①電壓的跳變。分布式發電源的接入、退出、發電裝置的波動等，都會對電壓產生影響，電壓的跳變是電能質量下降的主要因素。②諧波污染。整流逆變技術的應用需使用大量的電力電子設備，這是諧波的主要發生源，諧波對于電網的保護系統以及用戶的各類電器設備均會產生不良影響，這也是當前分布式發電難以大規模接入到常規網架的主要原因。③改善措施不明確。分布式發電技術發展已有多年，但是針對電能質量改善仍未有突破性進展，當前常規網架已經建設完畢，無論是規模還是體量，均是分布式發電難以匹擬的，常規電網不可能為其接入進行根本性的技術變革。

3.3 對繼電保護的影響 ?大多數配電系統結構呈放射狀，采用這種結構的主要目的是為了運行的簡單性和過電流保護的經濟性，當配電網中接入了分布式電源之后，放射狀網絡將變成遍布電源和用戶互聯的網絡，潮流也不再單向地從變電站母線流向各負荷，因此，分布式發電將對配電網原有的繼電保護產生較大的影響[5]：①DG運行時可能會引起繼電保護的失效。DG產生的故障電流可能會減小流過饋線繼電器的電流，從而使繼電保護失效。②DG接入配電網后可能會使繼電保護誤動作。相鄰饋線的故障有可能會使原本沒有故障的饋線跳閘。③改變了配電網的故障水平。故障水平提高還是降低取決于運行的分布式電源數量和種類，故障水平的提高要求開關設備的升級，故障水平的降低可能會給過電流保護帶來問題。因此，若某配電區域的分布式電源容量很大，而使故障電流產生大幅度的變化，則必須提高其斷路器的容量和升級保護裝置。

3.4 對電力市場的影響

在國家電改的大趨勢下，分布式發電的興起為電力市場的發展提供了更為廣闊的機會和平臺，為各級用戶提供了更多的選擇和模式[6]，如電力供應商的選擇更為激烈，用戶可以選擇性價比更高的供應商;分布式發電雖然質量難以保證，但是在特殊行業特殊時間，用戶對電能質量的要求可能更低，這就為分布式發電的應用提供了平臺;用戶可以直接自己發電或者儲存電能，擺脫常規電網的各種限制。

目前，國內兩大電網公司的電力改革重心主要集中在售電端的開發，即建立完善各自的電力售賣平臺，這為分布式發電提供了競爭的機會和發展的空間。但是，我們也應該看到，當前模式下，分布式發電無論是規模還是質量上都還不具備獨立成網的基礎，依附于常規網架或者作為網架的應急補充是分布式發電當前扮演的主要角色。隨著電力改革進入深入區，市場、用戶均需要分布式發電能夠承擔更為重要的責任，這不僅是技術層面，也是管理層面、決策層面等多個路線的綜合考慮。只有順應市場，把握電力改革的紅利，分布式發電才能創造出更為廣泛的機會，才能真正贏得和常規網架公平競爭的機會。

4 ?結束語

本文介紹了分布式發電的有關概念、國內外發展狀況、相關技術以及對電力系統的影響。可以看出，在未來，分布式發電將擁有越來越大的市場份額，并將與現有的電力系統結合形成一個高效、靈活的電力系統，提高整個社會的能源利用效率，提高整個供電系統的安全性、穩定性和可靠性。然而，它在電網中的接入也會對電力系統穩定性、電力系統控制和繼電保護造成負面影響。這就需要我們進一步加強對分布式發電技術的研究，使之能早日在電力系統中發揮巨大穩定的作用。

參考文獻：

[1]吳靖，江昊.分布式發電系統的應用及前景[J].農村電氣化，2003（7）：19-20.

[2]楊素萍，趙永亮，欒鳳奎，于靜冉.分布式發電技術及其在國外的發展狀況[J].電力需求側管理，2006，8（2）：157-160.

[3]張志堅，王建東，馬進，王新平.分布式發電及其關鍵技術[J].山西電力，2007（2）：57-64.

[4]梁振鋒，楊曉萍，張娉.分布式發電技術及其在中國的發展[J].西北水電，2006（1）：51-53.

[5]莫穎濤.影響我國分布式發電發展的關鍵因素[J].電網技術，2008，32：176-178.

[6]錢科軍，袁越.分布式發電技術及其對電力系統的影響[J].繼電器，2007，35：25-29.