分布式發電接入配電網時遇到的問題及其相關配套技術研究

牛 偉

（上海瑞寧航運有限公司，中國 上海 200080）

0 引言

作為大電網的有益補充，分布式發電技術具有節省投資，降低能耗，提高系統安全性和靈活性等特點，并將成為未來發電技術的重要組成部分。隨著常規能源供應的日益緊張，分布式發電的開發和利用受到了前所未有的重視，包括風電、太陽能、蓄電池儲能等分布式新能源發電已成為能源發展的新特征。我國已將分布式發電列為了“十二五”期間能源發展的優先領域，大力發展分布式發電是我國電力系統未來發展的必然趨勢。

1 對配電網的規劃的影響

配電網是電力系統的重要組成部分，在當前電力迅速發展和供應緊張的情況下，科學合理的配電網規劃不僅可以保證電網運行的安全性和經濟性，還有利于配電網建設投資效益的充分發揮。分布式電源大多直接布置在配電網中，對含分布式發電的配網系統進行合理的規劃和建設，分布式電源在系統負荷高峰期能夠轉移一定量的負荷，提高配網系統能源供應的可靠性和穩定性。與此同時，分布式電源在配電網中的合理布點和定容能降低部分饋線電壓降落、減少線損和建設輸配電設備的投入。

但是，分布式電源的接入使得配網系統電源的構成不再單一，分布式電源在用戶側并網運行使得配電網部分節點支路潮流出現雙向流動，改變了傳統配電網的運行模式，這對配電網規劃的負荷預測、網絡潮流計算、電源結構布置等帶來了大量的不確定性因素。此外，分布式發電中的太陽能，風能等新能源發電具有顯著的隨機性和間歇性，輸出功率極不穩定且難以控制，不具備“電網友好型電源”的特征，該類電源大量接入將對配網系統的安全穩定運行產生極大影響，限制了配網系統接納該類分布式電源的能力。

因此對于含分布式發電的配網系統，配網系統的規劃和建設必須考慮分布式電源的接入，分布式電源的規模、布點應與配電網的負荷增長和穩定可靠運行相結合。如果規劃不合理，分布式電源的接入將可能使配網系統的某些設備閑置或成為備用，甚至影響到配網系統的安全可靠運行。對于計及分布式發電的配電網規劃，如何確定分布式電源的合理結構，如何協調和有效地利用配電網各種資源、降低配網系統投資建設風險，如何降低分布式發電對配電網穩定可靠運行造成的影響等，均是規劃中需要解決的問題。

分布式發電一般以較小規模和分散的形式接入配網系統，依照其特征，分布式電源不足以解決全局性和大范圍的能源供需平衡，更多的是承擔著電網調峰調頻、保證電網安全穩定的作用。因此對于含分布式發電的配電網規劃，應充分發揮分布式發電的優勢，從提高資源配置著手，著重于電源與負荷的合理分配，在滿足配網系統安全可靠運行的前提下，減少備用容量的投資建設，使配電網和分布式電源的投資建設成本最小。傳統配電網規劃方法一般遵循負荷預測?電源規劃?網絡規劃的步驟進行，該類方法都不同程度地將包含分布式電源的規劃問題進行簡化。現有對于計及分布式發電的配電網規劃研究，大多從分布式電源的布點規劃和配電網的擴展規劃兩個方面考慮，建立包括經濟性、可靠性以及經濟性和可靠性相結合的三類模型，并通過相關優化算法實現對含分布式發電的配電網規劃。但相關規劃方法均是根據規劃期間網絡空間最大負荷預測的結果來確定最佳建設方案，該類方法雖然實現了分布式電源接入配電網后系統的可靠運行，但分布式發電和配電網建設的經濟性并沒有很好的實現，這種基于最大負荷的規劃方法并沒有發揮分布式電源參與電網調峰的優勢，規劃方案往往需要大量資金建設發配電設備和輸配電網架，增加了系統備用容量，甚至造成擱淺成本的產生，導致系統電力設備整體利用率不高，增加分布式電源和配網系統建設的投資風險。

通過上述分析可以看出，傳統配電網規劃方法顯然不能很好的解決包含分布式發電的配電網規劃;現有的含分布式發電的配電網規劃方法雖然能保證系統運行的可靠性，但該類方法并沒有充分發揮分布式發電的優勢，得到的規劃方案經濟性沒保障，增加了分布式電源和配電網建設的投資風險。

2 對相關配套技術的要求

當前分布式發電接入配電網并與配電網并網運行理論可行，但受技術的限制和政策支持等原因的影響，分布式發電在我國并沒有實現大規模并網運行。本文針對分布式發電接入配電網所遇到的若干技術問題提出相應的解決方案，包括實現風能、太陽能、電動汽車、儲能設備等新能源并網電能的計量，電動汽車與電網之間能量交換計費的結算，風場風能的聯合概率期望值的計算等技術。相關技術主要解決了以下幾個方面的問題：

1）實現分布式新能源發電系統與配電網之間電能流動的雙向計量。太陽能、風能等分布式新能源發電系統并網后，存在功率和能量的雙向流動。當分布式新能源發電系統無法滿足用戶電力需求時，接收電網的電能。而當分布式新能源發電系統電力充裕，在滿足用戶電力需求的前提下，將剩余的電能反饋回電網，實現分布式新能源發電系統與電網之間能量的雙向流動。然而，現有技術中的電能計量方式多為單向計量，無法滿足分布式新能源發電系統并網后電能雙向流動的計量要求。針對現有技術的不足，研發了一種面向分布式新能源發電系統的雙向電能計量裝置，該裝置能同時計量從電網向分布式新能源發電系統流動的電能(即正向電能)，以及從分布式新能源發電系統反饋回電網的電能(即反向電能)。

2）實現電動汽車充放電的充電費用和放電收益結算。V2G技術下的電動汽車存在充電和放電兩種模式。在充電模式下，電動汽車是電能的消費者，通過電網對其充電以滿足電動汽車用戶行駛的需求。在放電模式下，電動汽車作為分布式儲能裝置，將電能反饋回電網，以承擔電網調峰、調頻和旋轉備用等功能。隨著電動汽車的大規模接入電網，完善的配套設施不可或缺。目前，已建和在建的充電站一般只能為電動汽車提供充電服務，相應的計費裝置只具有充電費用的結算功能，無法實現電動汽車與電網之間雙向能量交換的費用和收益結算。此外，現有計費裝置不具備實時電價顯示功能，極大影響了用戶利用電動汽車作為儲能裝置承擔電網調峰、調頻和旋轉備用的積極性。因此，一種具有多種電價實時顯示功能，同時計量充電費用和放電收益的電動汽車雙向電能結算裝置亟待研發。

3）實現配網系統風場風能的聯合概率期望值計算。由于風速的間歇性、隨機性，使得風力風能具有不確定性的特點，大量風電機組并入配電將對配電網的安全可靠運行造成不良影響。為保證系統安全穩定運行，在含風力發電的配網系統中，需對風場風能進行概率計算。目前，對風場風能監測裝置的研究還很少，至今仍未有相關的裝置考慮了風場風能概率相關性的計算。

3 結束語

總之，隨著智能電網和分布式發電技術的發展，分布式電源與配網系統之間的互動將越來越密切。大量太陽能發電、風力發電、蓄電池發電及電動汽車站充電站等分布式發電接入配電網已成為一種發展趨勢。分布式發電接入配電網對配網系統的規劃設計和并網配套技術提出了新的要求。

［1］殷桂梁，楊麗君，王瑁.分布式發電技術[M].北京：機械工業出版社，2008.

［2］崔金蘭，劉天琪.分布式發電技術及其并網問題研究綜述[J].現代電力，2007，6：53-57.