分布式供電技術在現代電力系統中的運用

丁 靜

（國網江蘇省電力有限公司 東臺市供電分公司，江蘇 東臺 224200）

0 引 言

近年來，我國經濟步入高速發展階段，隨之而來的環境問題也日益突出，能源作為社會發展過程中不可或缺的重要組成部分，其與各行各業息息相關，各項先進的技術不斷涌現，其中分布式供電技術越來越成熟。與傳統電力技術相比較，分布式供電技術能夠有效克服與改善傳統電力系統中存在的不足之處，確保電力系統安全穩定運行，將其與傳統電力系統有效結合是當前電力建設過程中所面臨的重難點問題。

1 分布式供電特點及優點

分布式供電技術指的是獨立于大電網靠近終端用戶側的分散小規模供電系統，分布式供電系統種類煩瑣，且大多數都是50 MW以下的發電設備[1]。與一般的大電網供電系統相比較，其具備以下突出特點。（1）建設過程比較簡單，前期投資成本較低，效果良好，多以風能、太陽能等清潔可再生能源為原料，投資與安裝的成本比較小，過程便捷；（2）和用戶端相近，配電也更加方便，輸電過程中損耗低，可直接就近供電，有效避免在長距離輸送過程中導致線損；（3）利用率更高，分布式能源供電能夠針對分布式電源的特征，合理控制電源的實際運行過程及方式，從而實現電力能源梯級利用；（4）燃料更加多元化，且具有良好的環保性，供電系統充分利用清潔能源，在運行中幾乎不會產生嚴重污染，發電等級也更低，電磁污染也更小；（5）運行更加靈活，安全性與可靠性更高。分布式電源系統自身為單機容量，且比較小，具有獨立性特征，一旦出現故障，相互之間也不會產生太大的影響，因此供電可靠性也更高[2]。

2 分布式電源的類型及運用現狀

2.1 類 型

分布式電源大多數都是規模較小的電源，且多分散，針對發電過程中運用的燃料可進行細致劃分，包含太陽能、風能、生物能以及微型燃氣輪機等。（1）微型燃氣輪機作為一種新型技術設備，主要燃料為汽油、丙烷、天然氣等，是一種小型熱力發動機，功率范圍為20～500 kW，整體效率較低，但能夠實現互聯運行，大大提高了能源利用率，同時具備一定的可操作性與連續性，是當前最具潛力的分布式電源類型之一[3]。其原理如下：空氣在離心式壓縮機作用下逐漸轉換為高壓氣體，經過預熱之后可作為氧化劑，慢慢進入到燃燒器中，和燃料混合進行燃燒，經過燃燒后的高溫燃氣可作為動力進一步推動渦輪機工作，并帶動發動機進行發電。渦輪機在進行做功之后會排放余熱，可利用熱交換器向外部供熱，這樣可實現能源的多元化利用與熱電聯產。（2）太陽能發電的基本原理實際上和熱發電比較類似，只是通過集熱器慢慢收集太陽能，通過半導體材料可將太陽能逐漸轉化成電能。太陽能發電技術越來越成熟，且幾乎不會受到地域因素的限制和影響，建設過程更加靈活、無污染，具有廣闊的發展前景。當前我國太陽能電池的產量正在逐年增加，但是其也會存在能量密度比較低以及受到氣候等方面因素的影響，前期的投入成本也比較低，這些也是當前研究與發展的主要方向。（3）風力發電主要是利用風電動力裝置，將風能轉化為電能。當前比較先進的風力發電系統效率高，且可優化，可最大程度上充分利用風能。大中型風電機組發電已經是當前主要發電形式之一，但其整體可靠性還有待提高，這也是阻礙其大規模發展的關鍵性因素。（4）生物質能發電主要是對生物質加以轉化，使其成為電能，驅動發電機運行，根據一般常規發電技術完成發電。生物質能近年來得到了快速發展，并被廣泛應用于各個領域中，其總量也比較豐富，在我國很多山區或農業地區具有廣闊的應用前景[4]。

2.2 現 狀

當前，分布式發電的整體規模比較小，用于發電的各類資源類型極其豐富，同時對現場環境的整體要求也不高，能夠獨立運行，也可以和大電網之間互聯運行，被廣泛應用于比較偏遠的山區或者鄉村，這些地區大電網無法覆蓋，互聯網運行模式更多用于電網負荷的不斷增長。近年來，隨著分布式發電技術的快速發展，其已經逐漸成為學校、工廠以及企業等多個領域首選的獨立供電方式，在西方國家已經成為主要供電來源之一[5]。

3 分布式供電對電網產生的影響

3.1 對電能質量的影響

3.1.1 系統電壓波動受到的影響

系統配電網中，有功與無功負荷的不斷變化會導致系統的電壓出現波動，其在末端的表現更加突出。分布式電源相對更加靠近用戶端，并網運行則會對系統的電壓產生波動，體現在以下方面。該分布式電源具有較高的靈活性，可對大電網超負荷運行起到協調的作用，減少電壓波動。能源運行存在較大的局限性，如風力發電過程中，因輸出有功功率主要受到風速快慢因素的影響，其整體可操控性比較差，無法和整體電網協調運行。

3.1.2 諧波問題

分布式電網并網運行過程中也可能會存在諧波問題，每個分布式電源自身便是諧波源，而其中的部分電力電子器件也可能會導致諧波，因此需要充分考慮該問題，安裝恰當的濾波器，從而不斷提高電力能源質量[6]。

3.2 對電力系統安全性的影響

分布式電源接入會對電網的安全性與可靠性產生極大的影響，其作為備用電源，能夠提升電網輸電裕度。合理的電源布置與電壓調節方式具有低壓穿越能力，當系統出現故障時，也可以繼續運行，從而提高電壓的整體調節性能。分布式電源一旦出現故障，系統則會被切斷，進行連接的線路故障一旦重合，則會加快系統電壓的跌落速度。若電源未及時被切斷，則很容易觸發誤動作，導致設備受損，線路無法得到及時修復，不能正常運行，延長故障時間，從而嚴重威脅系統的運行安全穩定。除了以上各種不利因素外，安裝位置、容量以及連接方式等不合理也可能會對系統產生不同程度的負面影響[7]。

3.3 對系統繼電保護的影響

分布式供電系統在運行過程中會使得電網結構逐漸變化，繼電保護裝置自身的靈敏度也可能會慢慢降低，保護范圍不斷縮小，故障點如果出現在母線周圍，分布式電源接入則可能會導致線路檢測故障電流值高于整定值，這樣容易引起誤動作，從而出現跳閘事件，也會直接影響發生故障之后的重合閘。在接入到配電網后，出現故障時，孤島也極其容易造成線路發生誤動作，重合閘會失去快速恢復的能力，且導致事故的進一步蔓延[8]。

4 分布式供電技術在現代電力系統中的具體運用

4.1 對不斷變化的負荷預備

在配電網系統運行過程中，大多數情況下，分布式電源都屬于備用電源，受到多方面因素的影響，可使用多樣化可再生資源，并形成發電，充分利用儲能設備，發揮可再生資源的作用，確保系統能夠安全穩定運行。

4.2 有效改善配電網電能質量的形成

配電網中，可通過分布式電源系統提高電能質量，這也是今后的主流發展趨勢。近年來，隨著人們的生活方式逐漸發生改變，對于設備的應用和綜合要求也在不斷發生變化，對于電能質量的要求越來越高，因此要求電壓波形畸變程度、電壓幅值波動要盡可能控制在合理范圍內，電力的穩定性更高[9]。就目前現狀來看，電網系統依然需要持續改進和優化。由于配電網包括了無功儲備與有功儲備，可能會造成電能質量較低，因此使用分布式電源，可進一步提升供電可靠性與穩定性。

從目前應用的技術來看，想要實現以上目標，就必須要解決以下問題。（1）配電網在規劃環節中和輸電網絡有很大的區別，傳統配電網絡基本上都為輻射型網絡，且不會存在電源規劃等問題，分布式電源系統的出現導致存在一系列的電源規劃問題。分布式配電網中應充分考慮不同類型的分布式電源容量以及技術需求，同時還需要充分考慮到負荷性質，在協調運行的基礎上保障分布式配電系統能夠最大程度上發揮自身的綜合價值。除此之外，保障分布式電源配置的合理性，也能夠最大程度上減少工作狀態下的損耗，提高配電網的經濟效益與社會效益。（2）分布式電源的不斷形成進一步打破了傳統電網輻射結構，并逐漸形成輻射網與分布式供電網絡有效結合的配網網絡。為了提高配電網系統的可靠性，目前大部分配電網主要是環網開環運行的模式，變壓器為負荷提供電源基本支持。為了保障整定與兩端電源實時同步，在正常運行狀況下，可使開關始終處于斷開的狀態。如果未能合理運用分布式電源，當線路發生短路故障時，開關能夠實現過流保護，這樣也可快速阻斷故障，確保系統穩定運行。同時，監測到電壓之后，對于故障問題可及時采取有效措施，保障其能夠立即恢復[10]。

4.3 分布式技術在互聯輸電網系統中的應用

由于分布式電源主要使用的是電力電子裝置系統，系統具備較高的靈活性與調節能力，同時也能夠和交流輸電設備有效配合，優勢比較突出，但是也容易受到以上因素的影響，此外還具有以下輔助作用。（1）正常運行情況下，能夠提供備用容量與無功儲備，這樣能夠最大程度上保障系統的穩定運行，包括頻率與電壓，并有效減少配電網損耗，提高配電網的運行經濟效率。（2）系統受到一定干擾時，則會對其本身安全性與穩定性造成不同程度的影響，分布式電源能夠對故障情況給予支持和保障，同時通過輸電控制技術不斷提升系統的整體穩定性[11]。（3）系統一旦解列，可為獨立運行提供能源，分布式電源主要是通過燃氣或者可再生資源進行發電，所以一旦出現大規模停電狀況，系統可自動啟動電源裝置，此時分布式電源能夠發揮其自身輔助作用，在降低實際成本投入、提高技術水平的基礎上，綜合運用多種有效手段，并對電源靈活調節和優化，從而實現最終目標。當電源容量逐漸規模化之后，可充分發揮自身作用，電力調度中心需要結合實際情況進行設置與優化調整，對其開停機時間、使用時間以及負荷等進行科學規劃與安排，從而對電源進行協調與優化。目前，分布式電源技術與成本依然未能滿足大規模的實際應用需求，但在未來，隨著該技術的快速更新與發展，也會越來越完善，其會在交流輸電系統中發揮重要的作用[12]。

5 結 論

近年來，城市基礎建設不斷完善，各個領域高速發展的同時也對電力能源質量提出了更高的要求，人們需求不斷發生變化的同時也促使電力市場發生改變，不斷升級，從而為分布式供電技術的應用創造了有利條件。該技術的應用能夠更有效地控制電網結構，提高電力運行穩定性，也為廣大用戶營造了更加安全、可靠的電力運行環境，保障電力系統的高效有序運行。