關于分布式間歇性電源發展的思考

朱玥榮

華北電力大學電氣與電子工程學院 北京102206

0 引言

新能源的接入使電源和電網結構中涉及的問題變得越來越復雜，目前還沒有成熟方法和商用仿真軟件。間歇性電源既有多點相對集中又有高密度分散接入地區電網模式。在間歇性電源高出力時，地區負荷不能完全消納的部分，需要外送；而低出力時，地區有可能還需從區外獲得電力支持。這就形成了一種“電力吞吐型”區域電網。分布式電源的發展對電源結構、網絡潮流等帶來了大量的不確定性因素，對配電網會產生多方面的影響，如：分布式電源的合理規模、布點以及如何與電網擴展規劃相配合；分布式電源對中低壓配電系統可靠性的影響等。這些領域的研究在我國仍處于起步階段有待進一步探索。

1 分布式電源和儲能設備的功率特性

1.1 風力發電特性 風力發電機的有功功率主要由風速決定，隨著風速的變化，發電功率因此具有波動性和偶然性，因此需要研究風能的季節和日波動特征，從整體上了解了分布式風力發電的輸出規律，完善各種典型發電機功率輸出模型，定量分析風力資源與分布式風力發電的關系和特點。研究不同地理位置對風力發電實際功率輸出特性的影響。

1.2 光伏發電的功率特性 由于光伏發電的輸出功率主要由太陽輻射值決定，太陽輻射的隨機變化會導致光伏發電的隨機性和間歇性。太陽能資源的季節性和日內波動特征，需要研究各種典型的光伏發電發電模型中輻射與輸出之間的關系，分析不同的光能轉換效率對光伏功率的實際影響程度。

1.3 儲能設備的功率特性 研究燃料電池，飛輪和電動汽車的充電和放電特性，通過分析各種典型集成模式下儲能設備的總體功率特性，研究電流和溫度等典型參數的變化。

1.4 分布式發電與負荷變化之間的關系 結合風能和太陽能發電的變化規律以及典型的日負荷，在時間及空間二重維度下，定量衡量風電、太陽能發電、以及負荷三變量因素之間的相關密切程度，分析發電與負荷之間的內在相關性。

2 間歇性分布式電源對電網的影響

合理安裝分布式電源可有效改善配電網電壓、減小系統有功網損、提高系統負荷率；反之則會影響配電網的安全穩定運行；必須滿足較多的限制條件。

2.1 分布式電源對系統安全性，穩定性，電源可靠性和電能質量的影響 電網中有分布式電源或大容量分布式電源增加，將對系統潮流，電壓穩定性、暫態穩定性等產生重大影響，盲目引入分布式電源甚至可能使系統的可靠性和穩定性變差。不同類型的分布式電源對電網的電壓調整、電壓閃變、電壓不平衡、諧波污染等也會產生不同的影響。對于具有大量分布式電源的配電系統，如果電源和電網協調不佳，則會降低系統的可靠性。

2.2 分布式電源對電源系統規劃的影響 用戶安裝分布式電源為自己提供電能，使得更加難于準確預測負荷增長情況，從而影響電網規劃。優化工具必須能夠準確評估分布式電源對所在電網的影響，給出并網分布式電源的最優位置和規模，使得分布式電源在電網的逐步滲透過程中不會破壞電網運行的安全性和經濟性。此外，機組類型及所采用一次能源的多樣化，如何在配電網中確定合理的電源結構，協調和有效地利用各種類型的電源就成為迫切需要解決的問題。

3 分布式間歇供電與電網發展探索

在典型的分布式電源配網構建的基礎上，分析分布式電源接入對電網的影響可以從反向電源約束，電壓升高，短路電流，穩定性，網絡損耗等的角度進一步研究分布式電源與配電網協調發展的技術方案和原理。

與傳統電廠相比，分布式電源機組機組類型和所用能源的多樣性，輸出經常波動，并且受氣候和其他自然條件的影響波動較大，有必要研究并構建含分布式電源的典型配電網模型。由分布式發電接入引起的配電網結構和運行的變化也有待進一步探討。

(1)潮流。分布式電源接入電網后，配電網的電源結構發生了很大變化，配電網的潮流也發生了變化。因分布式電源的技術類型、運行方式和控制策略的多樣性和不確定性，其潮流計算模型與傳統發電機組模型不盡相同，需研究具有良好收斂特性的潮流算法。

(2)無功優化和電壓控制。結合分布式電源本身的無功特性，分析無功補償設備的相互作用和協調優化。

(3)短路故障分析與繼電保護協調。配電網絡一般為開環運行、輻射供電和單向潮流，分布式電源并網使得配電網拓撲結構以及短路電流大小、流向和分布發生根本性變化，影響配電網中現有的各種保護設備。通過研究含有分布式電源的短路計算模型，采取合理并網措施可適應現有的保護配置方案，同時改進現有保護策略或新的保護方案和方法以應對分布式電源的接入。

(4)穩定性分析。隨著分布式電源滲透能力的提高，需要分析其對系統的功角、頻率和電壓穩定性的影響。

(5)電能質量控制。分布式發電對電能質量的影響主要體現在電壓波動和閃變，過電壓，諧波，電壓降和電涌等方面，研究合理有效的控制措施和解決方案。

4 結論

分布式電源模型主要體現在目標函數和約束條件。目標優化函數包括電源容量，可靠性，電網損耗，成本(臨時)等，而約束條件一般包括潮流、電壓上下限、熱穩定、短路電流、暫穩、電源(包括分布式電源和變電站)容量約束等。含分布式電源的配電網運行是一個電源電網聯合優化協調問題。多目標優化函數的協調，不確定性因素的處理等是研究的難點。

探索典型分布式電源接入配電網技術方案，保證配電網運行安全穩定，利用風、光、儲、水等資源的互補特性使電網可靠供電和滿足電能質量標準，解決間歇性電源就地消納和外送，是分布式與配電網協調發展的關鍵。