分布式能源發展及其并網研究

袁文偉

摘 要：隨著我國經濟的持續發展，能源消費總量的不斷增加，分布式能源的潛在價值逐漸顯現。文章簡單介紹了分布式能源的系統概念及其優缺點，綜述分布式能源的發展及應用情況現狀，深入分析分布式能源在現階段發展過程中遇到的問題，特別是并網運行的影響并提出相應的解決思路。

關鍵詞：分布式能源；發電方式；并網；配網

中圖分類號：F426.61 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0170-03

1 分布式能源系統

集中式與分布式有機結合是21世紀能源工業重要發展方向，新的能源系統將可能影響到人類的生活方式和社會發展的進程。相對于傳統的集中式供電方式，分布式能源系統是一種建立在用戶端的能源供應方式，可獨立運行，也可并網運行，是以資源、環境效益最大化確定方式和容量的系統，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進行系統整合優化，采用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統，是相對于集中供能的分散式供能方式。

1.1 發電方式

分布式發電系統自身的特點決定了它不是采用煤作為一次能源，而是大量采用環境友善的可再生能源。可以說，分布式發電技術是與新能源技術密切相關的。目前，比較常見的發電方式有以下幾種。

1.1.1 微型燃氣輪機發電

微型燃氣輪機主要組成部分包括微型燃氣輪機、發電機和數字電力控制器等，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、油耗低等一系列優點，是目前應用較為廣泛的一種分布式能源方式。

1.1.2 風能發電

風力發電技術是將風能轉化為電能的發電技術，是一種清潔能源。它的輸出功率由風能決定。風力發電是目前新能源開發技術中最成熟、最具規模化商業開發前景的發電方式。

1.1.3 太陽能光伏發電

太陽能光伏發電技術是利用半導體材料的光電效應直接將太陽能轉化為電能。在使用時將光伏電池封裝成組件，然后根據需要將組件串并聯組成方陣。

1.2 優 點

分布式能源系統的最主要優點是用在冷熱電聯產中。但是熱，尤其是冷，不像電能那樣可以較長距離有效地輸送。因為大電廠設址有其自身的要求，一般來說，附近難以有足夠大量合適的冷、熱能用戶，無法進行有效的聯產。

分布式能源系統卻正好相反，按需就近設置，可以盡可能與用戶配合好，也沒有遠距離輸送冷、熱能的問題，大電網的輸電損失問題也不存在了。所以，雖然分布式能源系統純動力裝置本身效率低、價錢貴，但可以充分發揮其聯產的優點，保證使用單位的各種二次能源能夠充分利用。

1.3 缺 點

在使用中，對于分布式的控制系統也出現了很多不足，尤其是在供電性能上只能單點供應，同時輸出的功率也較小，比起以往單機功率在百萬千瓦的電源在效能少就略顯劣勢。因此大機組單位功率的售價相比小機組要低得多，相差近幾倍。大機組集中在一起，有專門高級技工運行維護，安全性、工作壽命都應該更有保證。所以，要對純發電成本和單位初投資作比較，分布式能源系統的經費投入要大大高于現在的大電力系統。

2 發展現狀

我國分布式能源發展在國家政策的扶植之下，快速實現了發展，尤其是在風電、光伏、天然氣發電領域，但是2012年以來，在我國經濟增速下降，歐美“雙反”以及經濟危機的沖擊之下，可再生能源行業發展從快速增長期進入穩健增長階段，市場的增速將從前幾年的30%以上的增長速度下降至10%左右的增速，同時在產能過剩陰影之下的風電、光伏行業，相關組件的市場價格將會保持在相對低的位置，這對于分布式能源發展來說是一個挑戰，也是一個重要的機遇。

國家發改委在《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》指出，“十二五”期間，我國將建設1 000個左右天然氣分布式能源項目，并擬建設10個左右各類典型特征的分布式能源示范區域。到2020年，在全國規模以上城市推廣使用分布式能源系統，裝機規模達到5 000 萬kW，初步實現分布式能源裝備產業化。以城市、工業園區等能源消費中心為重點，大力推進分布式能源技術應用，盡快提高分布式供能比重。

截止至2014年10月，廣東省東莞市的分布式電源以太陽能光伏發電為主，機組容量38 027.56 kW。發電量基本上在用戶側被消化掉，相當于并網不上網的運行模式。東莞市太陽能光伏發電業主項目具體情況見表1。

3 并網問題

一般而言，分布式電源是直接接入配電系統（380 V或10 kV配電系統）并網運行或采取獨立運行的方式。分布式發電的接入對配電網的供電經濟性和節點電壓、潮流、短路電流、網絡供電可靠性等都會帶來影響，由此也對規劃設計提出了新要求。

3.1 對配電網規劃的影響

對于以往所使用的配電規劃方案主要是對于線路負荷的預測，在根據傳統方式得到的預測結果后，根據時間的用電網絡方案進行比對，在選擇最為合理的方式下對用電規劃提出方案設計，并且在參考用電標準的情況下，能夠達到用電負荷的要求，可以將用電的成本控制在最優環境下，這就是初期的配電規劃方案研究。

鑒于傳統的配電規劃系統在使用中的不足之處，采用分布式配電模式，利用新技術的加入對電網配電效率起到了很大的作用，其中也包括了一些影響因素，包括：

①分布式配電系統主要的優勢在于對于負荷情況做出預測，在配電系統運行不穩定的情況下分布系統可以進行合理的預測。但是在使用中發現，對于原有的配電系統使用分布配電的方式，在規劃中沒有考慮到負荷過大或過小的情況發生，使得分布式的預測情況不夠全面，在遇到極端條件下，很難有準確的規劃預測。

②在以往的配電網絡中，對于節點的數量有明確的規定，根據線路荷載的加大，節點數也相應的調高，所增加的節點使得發電系統受到了很大的限制，在這樣的情況下，利用分布系統的調試方案會使得節點的數量發生一定的變化，使得配電方案存在很大的不穩定性，也難以在數據分析中對負荷情況進行預測，并尋找最優的的配合方案。

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進行分析很難有較為全面的判斷，在分布式的供電分析中，找尋最為合理的配置電力系統方式較為困難，簡單的一種分布方式無法統籌規劃多樣的電力配給方案，因此很難解決實際中供電設備發電的問題。

3.2 對網絡損耗造成的影響

以往的電路計算配網系統出現的損耗問題主要是對電力負荷情況進行分析，負荷的指標再乘以設計規范中的參數得到的就是電力的損耗情況，但是這樣的計算只能是簡單的估算，無法達到精確計算的目的。使用分布式的配電系統在這個基礎進行了改進，不僅通過負荷情況進行計算，還對線路中的電容情況進行分析，在拓撲的條件下分析出電容的使用情況，并根據電容計算出電壓，在單點電源和多點電源共同配合下形成的網絡式電路。在配電系統的潮流輻射計算中得到母線流經子線的電流拓撲情況，并根據單線的負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得到準確的結果，在預測中數據的變動很難推斷出，得出的線路損耗結果是在一個線路負荷區間當中進行參考。

3.3 對電容保護系統造成的影響

使用分布式的電力控制系統會使得電容中電壓值發生變化，直接導致電容的保護作用發生變化，其中表現最為明顯的有以下幾個方面：

①電壓的變化過快，會使得電容內部的反應裝置無法正常的使用，直接導致繼電系統無法起到靈敏保護的效果，甚至會出現不報錯的情況發生，這樣在線路中就起不到過載和欠載保護的效果。同時分布式控制系統會使得流經繼電系統的電流過小，繼電裝置沒有達到額定的電壓時，系統不會進行自動的運轉，使得繼電保護無法正常的工作，也不能在線路發生事故的過程中及時將電流進行切斷。

②最為嚴重的情況是在使用分布式的控制系統，在沒有足夠的電流流經繼電器時，系統會出現誤動作，一旦出現誤動作時，相關的節點就會將電源坐在的控制裝置進行放電處理，再次導致電源的誤動作發生。

③對于電網的故障分析能力會有所提高，在使用分布式的控制系統中，所使用的節點數發生了變化，在信號的波幅也相應的增大，可以明顯的反應出線路的故障情況，在很大的程度上起到了降低線路故障發生的可能性，同時容量較大的繼電裝置可以控制出現較大電壓的情況發生。

④在利用分布式的控制系統中，停電的范圍會進一步的擴大，在非合同的情況下一旦出現了系統因為故障跳閘保護發生，出現停電的區域將變得更大，分布式控制電源會出現停止工作的情況，并將電力線路中過大的電路進行控制，從而發生誤動作保護。從此所進行的跳閘處理在短期內無法在進行正常的供電，重新處理繼電裝置線路才能恢復正常的使用。

3.4 對配電線路效率的影響

在分布式的控制系統運用于配網中，對于配網的輸送電能效率也會發生一定的影響，其中主要包含以下兩個方面：

①在以往的電力配電網絡輸送中，線路的輸送效率和電路負荷成正相關，同時負荷越大所造成的電壓波動越大，線路中的無功補償方案與分布式控制相互配合，在線路電壓出現過大時，負荷在配電中處于較大的水平，使得電壓的波動更為明顯，直接導致輸送效能的降低。同時在分布式控制系統中電源的使用情況發生了改變，也會對整體的電壓情況造成影響，其中影響包括：

其一，在對分布式電力控制的電源調試過程中，負載的調試運行發揮著重要的作用。當電源的輸出電壓大于負載電壓時，電流就會相依的降低，使得繼電裝置在電壓的控制下降低波動，從而形成較為穩定的分布式電源模式。

其二，運行中出現分布控制裝置不能和負載共同使用，當分布電力設備中功率發生變化時，電機對負荷造成一定的干擾，電源的電壓發生較大的波動，可能會出現閃變和斷路的情況發生，嚴重影響輸電線路的穩定性。

②產生諧波。在分布式的控制方式下，會使得電路產生諧波效應，在電源電壓轉換的過程中，由于波動情況較為嚴重，電壓出現不穩定的情況，輸電也呈現間歇性。同時分布式的電源采用的的電子操控設備，在電路附近會產生電子干擾現象，導致電路的波形發生不可預測的變化。以電路機組為例，在交換電壓的環境下，電路中產生的諧波使得電路的電流發生紊亂，電路機組中的功率也會呈現不均勻的變化，最終導致機組不穩定。

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