現代電力系統中分布式供電技術的應用

摘要：在電力系統中應用分布式供電技術可以將地域再生資源的優勢充分發揮出來，在保護環境、提升電網運行經濟性方面意義重大。文章首先對分布式供電技術優點進行了介紹，然后對分布式系統協調運行問題進行了分析，最后對分布式供電技術在電力系統中的應用進行了探討。

關鍵詞：電力系統；分布式供電；電網體系；供電技術；能源環境；再生資源 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM715 文章編號：1009-2374（2017）04-0048-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.025

隨著能源環境問題越來越突出，分布式能源供電技術得到了發展，利用分布式供電技術可以將多種資源的優勢發揮出來，并達到優勢互補的效果。和常規的電力系統相比，分布式供電系統可以解決傳統電力系統中的不足，為電能供電系統提供補充。將分布式供電系統和傳統供電系統合理的結合起來是未來能源發展的主要方向。

1 分布式供電的方式及自身優點

相對于大電網來說，分布式能源供電系統是獨立性的小規模供電體系，在實際供電過程中形成的供電類別極多，其應用最多的便是用電負荷≤50MW的小型模塊化發電和儲能設備。相對于常規供電體系，分布式能源供電體系具有大量優勢：（1）其實際建設過程較為簡單，投入較少，見效較快。對于分布式發電能源來說，其絕大多數都是以風能和太陽能以及生物質能等多種再生能源為主，當然在此過程中會涉及到少量燃氣輪機，但是其具有單機容量小、建設便捷、投資和安裝成本較小等多種優勢；（2）距離客戶端較近，能夠極大地減少電力配送過程中產生的能源消耗；（3）分布式能源供電體系能夠以電源分布的基本特點為基礎，通過對多種電源的運行時間和方式進行合理調控，進而滿足冷熱電聯產運行對于能源的基本需求；（4）在分布式供電電源資源選擇過程中具有較強的多樣性，此外，再生能源的選擇要求在實際發電過程中并不會產生污染物質，與此同時其自身較低的發電等級能夠極大地減少電磁污染；（5）分布式電源因為單機容量較小，數量巨大并且相互之間獨立運行，即便產生故障相互之間所產生的影響也極小，因此該種供電方式能夠形成極強的供電可靠性。

2 分布式供電體系的基本結構

在分布式供電系統中，不但能夠實現多種分布式聯合發電，更可以實現分布式和大電網的聯網供電。分布式公共點體系的實際結構如圖1所示，通常會由分布式供電網絡和多種分布式電源、負荷以及儲能設備組成，此外，在大量應用實例中分布式供電體系還會與公共電力體系連接在一起。

在該體系中分布式電源1-n可能會同時包括類似太陽能發電等多種分布式發電技術中的一種，而負荷1-m則是該分布式供電系統范圍中的不同電力用戶，分布式電源和用戶以該網絡為基礎實現連接。而對于儲能設備來說，也被劃分為多種類別，其主要包括超級電容和蓄電池以及金屬飛輪等。借助儲能設備能夠有效解決負載和電力供需之間存在的矛盾，確保系統的穩定運轉。

3 分布式供電技術的使用

在配電網中大量使用分布式電源主要具有以下兩種目的：

3.1 對重要負荷以及快速增長的負荷形成預備

在該種情況下分布式發電體系作為電源直接使用，而區別在于配電網中的分布式電源通常是作為備用電源，受到該種因素的直接影響，應當使用多種可再生資源形成發電，并通過可再生資源和儲能設備結合的方式展開日常運行。

3.2 對配電網的電能質量形成有效改善

在配網中使用分布式電源可以有效改善電能質量，分布式配電網系統成為了未來主要的發展方向，隨著人們生活方式的日漸變化以及對敏感性設備的應用越來越多，用戶對電能的質量及供電的可靠性也有了非常高的要求，要求電壓波形畸變程度、電壓幅值波動范圍、三相不對稱度都要盡量小，甚至要求定制電力有更高的穩定性。但是當前配電網系統是無法滿足上述要求的，因為配電網的有功儲備和無功儲備不足，導致電能質量不高，所以在配電網中使用分布式電源有助于提升供電網的電能質量以及供電的可靠性。但是就所使用的技術來說，實現上述目標的過程中依然有以下兩個關鍵問題必須得到解決：（1）因為配電網在實際規劃過程中區別于輸電網絡，在傳統的配電網絡中都是輻射型網絡結構，并不會產生電源規劃的基本問題，而隨著分布式電源的出現，逐漸產生了大量網絡電源規劃的基本問題。在分布式配電網絡中應當同時考慮到多種類型分布式電源的基本容量和技術需求以及電源附近的負荷性質，并通過協調運行確保分布式配電系統能夠充分發揮自身的基本價值。另外，確保分布式電源配置的合理性能夠極大地降低配電網在實際運行過程中產生的損耗，從而有效提升配電網絡運行的基本效益；（2）隨著分布式電源的形成和加入，使得傳統電網輻射的基本結構被打破，繼而形成了輻射網和分布式供電網相結合的混合式配電網。而為了有效提升配電網供電系統的可靠性，當前絕大多數配電網已經形成了環網開環運行的基本模式，以圖2所展示的供電網結構對環運行進行簡單說明。變壓器T1和T2通過饋線為負荷提供電源支持，而為了有效保證整定和兩斷電源的同步性，在正常運行狀態下應當促使開關SC處于斷開狀態。倘若沒有將分布式電源接入到配電網中，在第一段線路產生短路故障時，開關1A將會進行過流保護，及時阻斷故障，而此時的1B則可以正常運行。F1如果產生瞬時故障時，斷路器1A則會重合閘成功，1B監測到電壓之后便會立即恢復，并在預定時間間隔之后再次恢復供電。而倘若F1產生永久性故障，那么1A則會重合閘失敗，1B閉鎖，此時分段聯絡開關SC將會動作閉合，并由T2完成無故障電路的供電。

倘若分布式電源DG接入到配電網之中，在同樣的故障F1產生時，分布式電源DG的容量和線路的阻抗將會直接決定開關1B是否能夠感受到短路電流，而為了有效提升故障隔離的正確幾率，開關1B上必須安裝方向電流保護。倘若故障點F1與1B之間的距離較大，而分布式電源DG的容量較小，開關1B將會始終處于閉合狀態。在該種狀況下，即便F1產生瞬時故障，而因為DG始終回想故障點提供短路電流，因此該瞬時故障不會自行消失，開關1A重新合閘失敗之后，故障持續存在并引發新故障。

其實，因為傳統配電網繼電保護裝置通常會按照輻射型網絡結構完成整定配合，基于此，分布式電源的引入將會對不同保護之間的配合產生極大的影響作用。而為了有效降低分布式電源對于配電網保護整定形成的巨大影響，最簡單的方式便是在故障產生之后，將分布式電源從配電網中完全隔離，繼而恢復配電網的輻射型網絡結構。借助該種方式并不需要因為分布式配電網的加入而進行重新設計配電網保護裝置。而在解列分布式電源時必須根據電源的自身特點保證單獨運行分布式電源的基本安全，并充分考慮解列時間和保護裝置動作之間的配合。借助該種策略則會使得配電網的正常運行過分依賴分布式電源所給予的輔助作用。

4 將分布式電源嵌入到互聯輸電網體系中

因為分布式電源采取了電力電子裝置控制體系，該系統具有控制靈活、調節能力強以及能夠和柔性交流輸電設備配合等多種優勢，而正是受到上述多種因素的影響，分布式電源在輸電網中主要發揮輔助服務的作用：（1）在正常運行狀態下，其能夠提供系統旋轉備用容量和無功儲備，繼而保證系統運行的基本頻率和電壓，減少配電網損耗，提升配電網運行的經濟效率；（2）在系統受到較大干擾并對自身安全性造成較大影響時，分布式電源則可以給予故障應急支持，并借助柔性輸電控制技術提升系統的穩定性；（3）在系統解列時，其能夠為獨立運行的孤島提供電源；（4）因為分布式電源是以燃氣以及其他再生資源為基礎進行發電，因此在大規模停電之后其能夠形成黑啟動電源。

為了充分發揮分布式電源對于輸電網的輔助作用，在不斷降低成本投入、提升技術的同時，應當充分利用多種先進控制理念形成能夠靈活調節的分布式電源，最終實現改善電力系統動態性質的既定目標。

當輸電網中的分布式電源容量可以達到一定的規模以后，分布式電源除了可以進行輔助服務以外，還能承受一些負荷。因此，調度中心要根據分布式電源的具體特征，對分布式電源的開停機時間、利用小時數、承擔負荷數量等進行合理的安排，實現不同約束條件的電源的協調和優化，雖然當前分布式電源的技術和成本還沒有辦法達到大規模應用的要求，但是相信在不久的將來，隨著分布式發電技術不斷進步和進一步完善，分布式電源會在柔性交流輸電系統中發揮出更加重要的作用。

5 結語

綜上所述，隨著可再生能源的不斷發展，人們的環保意識不斷提升以及電力市場的不斷改革升級，為分布式發電技術的應用提供了發展基礎，通過采用分布式發電技術可以更加靈活地對電網結構進行控制，為用戶營造一個更加安全、可靠、經濟的電力系統。

參考文獻

[1] 紀明偉.分布式發電中微電網技術控制策略研究[D].合肥工業大學，2009.

[2] 曾琦，李興源，王建.分布式電源接入電力系統的問題研究[A].中國電力系統保護與控制學術研討會論文集[C].2006.

[3] 李黎.分布式發電技術及其并網后的問題研究[J].電網與清潔能源，2010，26（2）.

作者簡介：張國贏（1986-），男，廣東河源人，助理工程師，研究方向：電力管理。

（責任編輯：蔣建華）