分布式能源接入配電系統的規劃與運行策略

周 鑫，郭冰珂

（國網陜西省電力有限公司蒲城縣供電分公司，陜西 渭南 715500）

0 引 言

分布式能源因其清潔、高效、靈活等優點在全球范圍內得到了廣泛的關注和應用。然而，隨著分布式能源的大規模接入，配電系統的規劃與運行也面臨新的挑戰。如何規劃和運行新型的電力系統，以提高系統的運行效率、可靠性和經濟性，是當前電力系統領域的重要研究方向。

1 分布式能源的概念和分類

分布式能源，也被稱為分散式能源或近端能源，是一種新型的能源構成方式。其基本原理是在電力需求點或近電力需求點利用各類小型化的發電設備或能源系統，就地生產，就地使用，就地調節，如圖1 所示。與傳統的中心化能源系統相比，分布式能源可以有效地提高能源利用效率，減小能源輸配損失，增強電網穩定性和可靠性。

圖1 分布式能源

分布式能源種類多樣，可以根據不同的劃分標準進行分類。首先，從能源類型來看，分布式能源可分為可再生能源和非可再生能源2 類。其中，可再生能源主要包括太陽能、風能、生物質能以及水能等；非可再生能源主要包括天然氣、煤炭、石油等。其次，根據技術類型，分布式能源可劃分為分布式發電技術、熱電聯產技術、儲能技術以及智能電網技術等。再次，從規模上考慮，分布式能源可分為微型、小型和中型等，通常指裝機容量在幾十千瓦至幾兆瓦[1]。最后，根據用途，分布式能源可被劃分為電力供應、熱力供應、冷卻供應以及運輸燃料供應等。

2 分布式能源接入配電系統的規劃

2.1 分布式能源接入配電系統的基本原則和要求

在規劃分布式能源接入配電系統時，需要遵循一些基本的原則和要求。這些原則和要求對于確保系統的高效、可靠、安全及經濟運行至關重要。

首先，系統規劃應以提高能源利用效率為目標，這屬于分布式能源接入配電系統的核心目標。通過就地生產、就地消費、就地調節，可以有效降低能源輸配損失，提高能源利用效率。

其次，系統規劃需要考慮配電系統的穩定性和可靠性。分布式能源的接入可能會對配電系統的運行產生一定影響，因此在規劃過程中需要充分考慮到這些影響，確保系統接入分布式能源后仍能穩定、可靠地運行。

再次，系統規劃需要尊重市場機制，合理確定分布式能源的價格和費用。市場機制是調控分布式能源發展的重要手段，只有通過市場機制，才能真正地激發分布式能源的發展潛力，推動其與傳統能源的融合。

最后，需要注重環境保護和社會效益。分布式能源接入配電系統不僅可以提高能源利用效率，降低碳排放，而且能帶動相關產業的發展，提升社會就業率，因此在規劃過程中應充分考慮到這些因素。

2.2 分布式能源接入位置和容量決策

分布式能源接入位置和容量決策是一個復雜且至關重要的問題。理想的分布式能源接入位置不僅要考慮資源條件和電網情況，還要充分考慮當地的能源需求。分布式能源接入位置如表1 所示。

表1 分布式能源接入位置

由表1 可知：在工業園區接入分布式能源具有一定的優勢，該地區不僅擁有豐富的風能和太陽能資源，而且電網情況良好，可以容納大規模的分布式能源接入，工業園區的能源需求量較大（30 MW），在設計分布式能源系統時，要充分考慮其產能和穩定性；商業中心和住宅小區，其電網負荷較高或電網擴展性良好，分別需要智能電網技術支持分布式能源接入或接入小型的分布式能源系統；公共設施如學校、醫院，其電網穩定性要求高，接入分布式能源系統時，需要配備能源儲存設備，以確保在能源產生波動時，仍能保證電力供應的穩定；對于農村地區，其電網覆蓋不全，可能需要建立獨立的微電網系統來滿足能源需求，生物質能源作為一種豐富且可再生的能源，可以被考慮用于分布式能源系統[2]。

2.3 分布式能源接入配電網的技術問題和解決策略

在現實操作中，分布式能源接入配電網的實施面臨著一系列技術挑戰，其中首要的問題是配電網絡穩定性和安全性的維護。由于分布式能源的不確定性和間歇性，使得其接入可能會對電力系統的穩定運行帶來一定程度的影響。例如，當發生突然的功率變化時，可能引發電壓波動，而如果過多的分布式能源接入，也可能給配電網絡帶來過載的風險。

分布式能源的接入對電網保護提出了新的挑戰，主要體現在傳統的保護裝置可能無法準確和快速地判斷和清除由分布式能源接入而引起的故障。這對于電網的安全運行構成了潛在的威脅，配電人員需要重視起來，并采取積極的解決措施。

首先，對接入的分布式能源進行嚴格的控制和管理非常必要。在此過程中，需要制定合理的接入策略，幫助配電人員更好地控制分布式能源的接入，避免出現過度的負荷。此外，實施動態容量管理方法非常有效，它能夠保證電網的運行在一個較為穩定的狀態。

其次，使用先進的預測技術和控制策略有助于減小分布式能源的不確定性和間歇性對電網的影響。預測技術能夠幫助配電人員準確地預測分布式能源的產出，這對于配電人員制定接入策略和管理電網的運行起到關鍵的作用。而控制策略則可以幫助配電人員在面臨突發情況時，能夠快速地做出反應，保證電網的穩定運行[3]。

最后，通過引入新型的保護裝置和保護策略，能夠有效地提高電網對分布式能源接入的適應性。例如，故障定位、隔離和供電恢復系統有助于快速地定位和隔離故障，以及恢復供電。同時，自適應保護裝置則可以幫助配電人員快速地適應分布式能源的接入，有效地保護電網的安全。

3 分布式能源接入配電系統的運行策略

3.1 分布式能源接入配電系統的運行模式和控制策略

分布式能源接入配電系統的運行模式如表2所示。分布式能源接入配電系統的運行模式主要有集中控制、分散控制和混合控制3 種模式。根據表2 可以看出，在運行模式的選擇上，這3 種控制模式各具特點。

表2 分布式能源接入配電系統的運行模式

集中控制模式由中央控制中心統一進行生產、調度和控制，其主要優點在于可以進行全局的能源管理和優化。但是，該模式下，系統對局部問題的快速響應能力較差，尤其是在突發事件發生時，可能會對系統運行造成一定影響。

分散控制模式下，每個分布式能源設備都配備有自己的控制器，處理自身的能源問題，能夠實現對各局部問題的快速響應。其缺點是難以實現全局的能源優化，可能會出現資源浪費或供需不平衡等問題。

混合控制模式結合了集中控制和分散控制的優點，部分任務由中央控制中心處理，部分任務由分布式控制器處理，既可以實現全局的能源優化，又可以對局部問題進行快速響應。然而，這種模式對系統的設計和運行要求較高，需要精細的協調和控制，同時增加了系統的復雜性，對操作人員的要求更高[4]。

3.2 分布式能源接入配電系統的優化運行策略

對于分布式能源接入配電系統的運行策略優化，這無疑是一個復雜且至關重要的任務，其中涉及如何精確調度和有效控制各個分布式能源系統，包括但不限于風電、太陽能、儲能設備等，以達到最佳的運行效益。這種優化策略的主要目標不僅包括提高系統的運行效率，降低系統的運行成本，還要保證系統的穩定性，始終滿足電力需求。

首先，必須對各個分布式能源系統的運行性能進行實時精確的監控和深度分析。通過采集和分析大量的數據，可以全面了解每個系統的運行狀態、能源輸出情況以及對整個電網的具體影響。這些關鍵信息為制定具有針對性的運行策略提供了基礎。

其次，借助先進的優化算法和控制策略，如遺傳算法、粒子群優化、模糊控制等，制定最優的運行策略。這些策略應能夠根據電網的實時需求以及各個分布式能源系統的運行狀態進行靈活調整，優化各個系統的輸出，以實現整個系統的最優性能[5]。

最后，優化運行策略需要充分考慮到系統的穩定性和可靠性。當系統出現故障或者運行異常時，必須能夠迅速、及時地調整運行策略，確保系統的穩定運行，防止出現連鎖反應。

4 結 論

文章深入剖析了分布式能源的定義及種類，接著研究了分布式能源接入配電系統的規劃方案，如接入基本準則、接入位置和容量決策以及面臨的技術難題及其解決方式，并提出分布式能源接入配電系統的運行模式、控制策略以及運行策略的優化方法。雖然現實環境中分布式能源接入配電系統的規劃和運行策略面臨諸多挑戰，但是通過精心設計與適當的控制策略，可以在滿足電力需求的同時實現經濟和環保的雙贏。隨著技術的發展和實踐經驗的積累，有信心能更好地解決這些問題，推動分布式能源的廣泛應用。