分布式能源接入智能配電網(wǎng)技術(shù)探討

摘要：文章介紹了分布式能源的系統(tǒng)概念及其優(yōu)缺點(diǎn)，綜述了分布式能源的發(fā)展及應(yīng)用情況現(xiàn)狀，分析了分布式能源在現(xiàn)階段發(fā)展過程中所要遇到的問題，特別是分析了并網(wǎng)運(yùn)行的影響并提出了相應(yīng)的解決思路。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；分布式電源；新能源發(fā)電；并網(wǎng)運(yùn)行；配網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM711 文章編號(hào)：1009-2374（2015）12-0145-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.072

1 分布式發(fā)電

1.1 發(fā)電方式

分布式發(fā)電系統(tǒng)自身的特點(diǎn)決定了它不是采用煤作為一次能源，而是大量采用環(huán)境友善的可再生能源?？梢哉f，分布式發(fā)電技術(shù)是與新能源技術(shù)密切相關(guān)的。目前比較常見的發(fā)電方式有以下三種：

1.1.1 微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。微型燃?xì)廨啓C(jī)主要組成部分包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)和數(shù)字電力控制器等，以天然氣、甲烷、汽油、柴油等為燃料，具有高可靠、壽命長、噪聲低、重量輕、體積小、污染低、油耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種分布式能源方式。

1.1.2 風(fēng)能發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，是一種清潔能源。它的輸出功率由風(fēng)能決定。風(fēng)力發(fā)電是目前新能源開發(fā)技術(shù)中最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式。

1.1.3 太陽能光伏發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在使用時(shí)將光伏電池封裝成組件，然后根據(jù)需要將組件串并聯(lián)組成方陣。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

分布式能源系統(tǒng)最主要的優(yōu)點(diǎn)是用在冷熱電聯(lián)產(chǎn)中。但是熱，尤其是冷，不像電能那樣可以較長距離有效地輸送。因?yàn)榇箅姀S設(shè)址有其自身的要求，一般來說，附近難以有足夠大量的、合適的冷、熱能用戶，無法進(jìn)行有效的聯(lián)產(chǎn)。

分布式能源系統(tǒng)卻正好相反，按需就近設(shè)置，可以盡可能與用戶配合好，也沒有遠(yuǎn)距離輸送冷、熱能的問題，大電網(wǎng)的輸電損失問題也不存在了。所以，雖然分布式能源系統(tǒng)純動(dòng)力裝置本身效率低、價(jià)錢貴，但可以充分發(fā)揮其聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，保證使用單位的各種二次能源能夠充分利用。

1.3 缺點(diǎn)

在使用中，對于分布式的控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多不足之處，尤其是在供電性能上只能單點(diǎn)供應(yīng)，同時(shí)輸出的功率也較小，比起以往單機(jī)功率在百萬千瓦的電源在效能上就略顯劣勢。因此大機(jī)組單位功率的售價(jià)相比小機(jī)組要低得多，相差近幾倍。大機(jī)組集中在一起，有專門高級(jí)技工運(yùn)行維護(hù)，安全性、工作壽命都應(yīng)該更有保證。所以，要對純發(fā)電成本和單位kW初投資做比較，分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)費(fèi)投入要大大高于現(xiàn)在的大電力

系統(tǒng)。

2 并網(wǎng)問題和影響

一般而言，分布式電源是直接接入配電系統(tǒng)（380V或10kV配電系統(tǒng)）并網(wǎng)運(yùn)行或采取獨(dú)立運(yùn)行的方式。分布式發(fā)電的接入對配電網(wǎng)的供電經(jīng)濟(jì)性和節(jié)點(diǎn)電壓、潮流、短路電流、網(wǎng)絡(luò)供電可靠性等都會(huì)帶來影響，由此也對規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了新要求。

2.1 對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

對于以往所使用的配電規(guī)劃方案主要是對于線路負(fù)荷的預(yù)測，根據(jù)傳統(tǒng)方式得到預(yù)測結(jié)果后根據(jù)時(shí)間的用電網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行比對，在選擇最為合理的方式下對用電規(guī)劃提出方案設(shè)計(jì)，并且在參考用電標(biāo)準(zhǔn)的情況下，能夠達(dá)到用電負(fù)荷的要求，可以將用電的成本控制在最優(yōu)的環(huán)境下，這就是初期的配電規(guī)劃方案研究。

鑒于傳統(tǒng)的配電規(guī)劃系統(tǒng)在使用中的不足之處，采用分布式的配電模式，利用新技術(shù)的加入對電網(wǎng)配電效率起到了很大的作用，也包括了一些影響因素，其中

包括：

2.1.1 分布式配電系統(tǒng)主要的優(yōu)勢在于對于負(fù)荷情況做出預(yù)測，在配電系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的情況下分布系統(tǒng)可以進(jìn)行合理的預(yù)測。但是在使用中發(fā)現(xiàn)，對于原有的配電系統(tǒng)使用分布配電的方式，在規(guī)劃中沒有考慮到負(fù)荷過大或過小的情況發(fā)生，使得分布式的預(yù)測情況不夠全面，在遇到極端條件下，很難有準(zhǔn)確的規(guī)劃預(yù)測。

2.1.2 在以往的配電網(wǎng)絡(luò)中，對于節(jié)點(diǎn)的數(shù)量有明確的規(guī)定，根據(jù)線路荷載的加大，節(jié)點(diǎn)數(shù)也相應(yīng)的調(diào)高，所增加的節(jié)點(diǎn)使得發(fā)電系統(tǒng)受到了很大的限制，在這樣的情況下，利用分布系統(tǒng)的調(diào)試方案會(huì)使得節(jié)點(diǎn)的數(shù)量發(fā)生一定的變化，使得配電的方案存在很大的不穩(wěn)定性，也難以在數(shù)據(jù)分析中對負(fù)荷情況進(jìn)行預(yù)測，并尋找最優(yōu)的配合方案。

2.1.3 在混合型的配電模式中，使用單一的特征模式對供電系統(tǒng)進(jìn)行分析很難有較為全面的判斷，在分布式的供電分析中，尋找最為合理的配置電力系統(tǒng)方式較為困難，簡單的分布方式無法統(tǒng)籌規(guī)劃多樣的電力配給方案，因此很難解決實(shí)際的供電設(shè)備發(fā)電的問題。

2.2 對網(wǎng)絡(luò)損耗造成的影響

以往的電路計(jì)算配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)的損耗問題主要是對電力負(fù)荷情況進(jìn)行分析，負(fù)荷的指標(biāo)再乘以設(shè)計(jì)規(guī)范中的參數(shù)得到的就是電力的損耗情況，但是這樣的計(jì)算也只能是簡單的估算，無法達(dá)到精確計(jì)算的目的。使用分布式的配電系統(tǒng)在這個(gè)基礎(chǔ)進(jìn)行了改進(jìn)，不僅通過負(fù)荷情況進(jìn)行計(jì)算，還對線路中的電容情況進(jìn)行分析，在拓?fù)涞臈l件下分析出電容的使用情況，并根據(jù)電容計(jì)算出電壓，在單點(diǎn)電源和多點(diǎn)電源共同配合下形成的網(wǎng)絡(luò)式電路。在配電系統(tǒng)的潮流輻射計(jì)算中得到母線流經(jīng)子線的電流拓?fù)淝闆r，并根據(jù)單線的負(fù)荷情況推斷出電流的流向和大小，但是這種辦法也不能完全的得到準(zhǔn)確的結(jié)果，在預(yù)測中數(shù)據(jù)的變動(dòng)很難推斷出，得出的線路損耗的結(jié)果是在一個(gè)線路負(fù)荷區(qū)間當(dāng)中進(jìn)行參考。

2.3 對電容保護(hù)系統(tǒng)造成的影響

使用分布式的電力控制系統(tǒng)會(huì)使得電容中電壓值發(fā)生變化，直接導(dǎo)致電容的保護(hù)作用發(fā)生變化，其中表現(xiàn)最為明顯的是以下四個(gè)方面：

2.3.1 電壓的變化過快，會(huì)使得電容內(nèi)部的反應(yīng)裝置無法正常使用，直接導(dǎo)致繼電系統(tǒng)無法起到靈敏保護(hù)的效果，甚至?xí)霈F(xiàn)不報(bào)錯(cuò)的情況，這樣在線路中就起不到過載和欠載保護(hù)的效果。同時(shí)分布式控制系統(tǒng)會(huì)使得流經(jīng)繼電系統(tǒng)的電流過小，繼電裝置沒有達(dá)到額定的電壓時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)行自動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得繼電保護(hù)無法正常的工作，也不能在線路發(fā)生事故的過程中及時(shí)地將電流進(jìn)行切斷。

2.3.2 最為嚴(yán)重的情況是在使用分布式的控制系統(tǒng)，且沒有足夠的電流流經(jīng)繼電器時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，一旦出現(xiàn)誤動(dòng)作時(shí)，相關(guān)的節(jié)點(diǎn)就會(huì)將電源坐在的控制裝置進(jìn)行放電處理，再次導(dǎo)致電源的誤動(dòng)作發(fā)生。

2.3.3 對于電網(wǎng)的故障分析能力會(huì)有所提高，在使用分布式的控制系統(tǒng)中，所使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)發(fā)生了變化，在信號(hào)的波幅也相應(yīng)的增大，可以明顯地反映出線路的故障情況，在很大的程度上起到了降低線路故障發(fā)生的可能性，同時(shí)容量較大的繼電裝置可以控制出現(xiàn)較大電壓的情況發(fā)生。

2.3.4 在利用分布式的控制系統(tǒng)中，停電的范圍會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大，在非合同的情況下一旦出現(xiàn)了系統(tǒng)因?yàn)楣收咸l保護(hù)發(fā)生，出現(xiàn)停電的區(qū)域?qū)⒆兊酶?，分布式的控制電源?huì)出現(xiàn)停止工作的情況，并將電力線路中過大的電路進(jìn)行控制，發(fā)生誤動(dòng)作保護(hù)，從此所進(jìn)行的跳閘處理在短期內(nèi)無法再進(jìn)行正常的供電，重新處理繼電裝置線路才能恢復(fù)正常的使用。

2.4 對配電線路效率的影響

在分布式的控制系統(tǒng)運(yùn)用于配網(wǎng)中，對于配網(wǎng)的輸送電能效率也會(huì)發(fā)生一定的影響，其中主要包含以下兩個(gè)方面：

2.4.1 在以往的電力配電網(wǎng)絡(luò)輸送中，線路的輸送效率和電路負(fù)荷成正相關(guān)，同時(shí)負(fù)荷越大所造成電壓波動(dòng)就越大，線路中的無功補(bǔ)償方案與分布式控制相互配合，在線路電壓出現(xiàn)過大時(shí)，負(fù)荷在配電中處于較大的水平，使得電壓的波動(dòng)更為明顯，直接導(dǎo)致輸送效能的降低。同時(shí)在分布式控制系統(tǒng)中電源的使用情況發(fā)生了改變，也會(huì)對整體的電壓情況造成影響，其中影響包括：（1）在對分布式電力控制的電源調(diào)試過程中，負(fù)載的調(diào)試運(yùn)行發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)電源的輸出電壓大于負(fù)載電壓時(shí)，電流就會(huì)相應(yīng)降低，使得繼電裝置在電壓的控制下降低波動(dòng)，從而形成較為穩(wěn)定的分布式電源模式；（2）運(yùn)行中出現(xiàn)分布控制裝置不能和負(fù)載共同使用，當(dāng)分布電力設(shè)備中功率發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)對負(fù)荷造成一定的干擾，電源的電壓發(fā)生較大的波動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)閃變和斷路的情況，嚴(yán)重地影響輸電線路的穩(wěn)

定性。

2.4.2 產(chǎn)生諧波。在分布式的控制方式下，會(huì)使得電路產(chǎn)生諧波效應(yīng)，在電源電壓轉(zhuǎn)換的過程中，由于波動(dòng)的情況較為嚴(yán)重，電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，輸電也呈現(xiàn)間歇性。同時(shí)分布式的電源采用的電子操控設(shè)備，在電路附近會(huì)產(chǎn)生電子干擾現(xiàn)象，導(dǎo)致電路的波形發(fā)生不可預(yù)測的變化。以電路機(jī)組為例，在交換電壓的環(huán)境下，電路中產(chǎn)生的諧波使得電路的電流發(fā)生紊亂，電路機(jī)組中的功率也會(huì)呈現(xiàn)不均勻的變化，最終導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生不穩(wěn)定的情況。

3 結(jié)語

綜上所述，不論是風(fēng)力發(fā)電還是光伏發(fā)電，要進(jìn)行并網(wǎng)連接都存在一定的缺陷，例如不穩(wěn)定、可調(diào)度性低、性能差等，若以分散方式將其接入就能有效實(shí)現(xiàn)接地平衡，促進(jìn)新能源的有效利用，加速整個(gè)智能電網(wǎng)及服務(wù)體系的建設(shè)。本論文的終端客戶是指在目前的社會(huì)環(huán)境下，以利用新興能源作為最終目的的單一電網(wǎng)用戶，通常發(fā)電設(shè)備容量比較小，范圍在幾百瓦至幾百千瓦之間，自發(fā)自用，同時(shí)還可以將多余的電量出售給傳統(tǒng)電網(wǎng)，在低壓側(cè)并網(wǎng)，通過控制器對其相應(yīng)的條件進(jìn)行適當(dāng)控制，確保滿足條件則并網(wǎng)，否則就脫網(wǎng)。

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作者簡介：張敏智（1970-），男，廣東電網(wǎng)公司佛山供電局電氣工程師，研究方向：配電網(wǎng)分布式新能源接入智能電網(wǎng)技術(shù)及配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)。

（責(zé)任編輯：陳 倩）