新能源發(fā)電與分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響研究

摘 要：隨著國內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展水平的不斷提升，我國對于電能資源的需求量急劇上升。新能源發(fā)電以及分布式發(fā)電模式的應(yīng)用，不僅符合可持續(xù)發(fā)展的理念，同時也緩解了用電緊張的局面。本文先對二者的優(yōu)勢進行探討，并進一步研究新能源發(fā)電以及分布式發(fā)電對于電力系統(tǒng)的影響。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；分布式發(fā)電；電力系統(tǒng)；影響

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0125-02

1 引 言

能源發(fā)電不僅加劇了環(huán)境污染問題，同時導(dǎo)致了資源緊缺局面的出現(xiàn)。通過應(yīng)用新能源進行發(fā)電工作，可以有效提升發(fā)電過程的安全性、環(huán)保性與可靠性。但是，由于電網(wǎng)系統(tǒng)自身存在著一定的缺陷，再加之并網(wǎng)技術(shù)的不成熟，導(dǎo)致了并網(wǎng)過程中對電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性造成一定的影響。因而，要加強對新能源發(fā)電以及分布式發(fā)電的研究，降低對電力系統(tǒng)的不良影響。

2 概 述

2.1 分布式發(fā)電的優(yōu)勢

對于分布式發(fā)電而言，主要是指電能產(chǎn)生或者是儲存能量的系統(tǒng)。分布式發(fā)電能夠滿足周圍用戶對于電能的需要，因而一些小型的發(fā)電單元通常布置在用戶周圍。分布式發(fā)電的功率大多在30MW之內(nèi)，發(fā)電過程中主要用到內(nèi)燃機、微型燃氣輪機等設(shè)備，并且借助于光能、熱能以及生物質(zhì)能進行發(fā)電工作。早在20世紀80年代，美國等一些發(fā)達國家就已經(jīng)開始了分布式發(fā)電的推廣與應(yīng)用。對于分布式發(fā)電來說，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①分布式發(fā)電輸電過程損失較小、熱點適應(yīng)能力強；②分布式發(fā)電對于能源的利用效率較高，并且基本不對環(huán)境造成污染，符合可持續(xù)發(fā)展理念；③應(yīng)用范圍較為廣泛。不管是城市還是農(nóng)村，都適合分布式發(fā)電的建設(shè)與發(fā)展。其中，圖1為分布式發(fā)電系統(tǒng)示意圖。

2.2 新能源發(fā)電的優(yōu)勢

現(xiàn)階段，新能源在發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如風能發(fā)電、太陽能發(fā)電以及水能發(fā)電、地熱能發(fā)電等等。所謂的新能源發(fā)電，主要是指利用這些新型能源進行發(fā)電工作。這樣一來，既可以減輕對傳統(tǒng)能源的依賴，同時也可以提升發(fā)電過程的環(huán)保效果。由于以往主要借助于煤炭、石油等傳統(tǒng)能源進行發(fā)電工作，這些資源目前已面臨供應(yīng)緊張的問題，因而現(xiàn)階段要注重風能、太陽能、潮汐能的開發(fā)與利用。通過借助新能源進行發(fā)電工作，可以使可循環(huán)資源得到重復(fù)利用，并且有利于資源的配置與優(yōu)化。此外，新能源發(fā)電過程不會產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫等氣體，有利于提升發(fā)電工作的環(huán)保效果。但是，目前新能源發(fā)電的效率以及供電穩(wěn)定性得不到有效提升，這也是下一階段研究的重點，圖2為新能源發(fā)電示意圖。

3 新能源發(fā)電與分布式發(fā)電對于電力系統(tǒng)的影響

3.1 新能源發(fā)電的影響

3.1.1 并網(wǎng)工作中會對電網(wǎng)造成沖擊

一般來說，利用新能源發(fā)電的機組容量相對較小，并且發(fā)電工作中會應(yīng)用到大量的異步發(fā)電機。這些設(shè)施不具有獨立的勵磁裝置，因而并網(wǎng)工作前是不具備電壓的。在進行發(fā)電機并網(wǎng)工作之前，要進行相應(yīng)的過渡環(huán)節(jié)，而過渡環(huán)節(jié)大多會產(chǎn)生電流沖擊波，數(shù)值方面會是額定電流的5～6倍左右，因此會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成沖擊與破壞。如果大量的異步電機一同進行并網(wǎng)，勢必會造成電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)大幅的震蕩，這對于電網(wǎng)工程中相關(guān)電力設(shè)備的正常運行會造成巨大的沖擊，甚至可能影響到電網(wǎng)運行的安全性。

3.1.2 對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響

如果電網(wǎng)工程的規(guī)模足夠大，那么電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力將會更強，并且電網(wǎng)具備充足的備用空間。并網(wǎng)工作中，不需要對電能頻率的穩(wěn)定性進行考慮。但是，對于一些小型、孤立的電網(wǎng)而言，風電的并入就可能導(dǎo)致電能出現(xiàn)頻率變動的問題，進而影響到電網(wǎng)系統(tǒng)中電能的穩(wěn)定性。如果風電場的規(guī)模較大，大量的風力發(fā)電機組一同進行直接并網(wǎng)操作，勢必會對電力系統(tǒng)的電壓值造成影響，并且風力發(fā)電機的出力狀將會發(fā)生改變。這樣一來，將會對電力系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定性造成嚴重的影響。

3.2 分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

3.2.1 對電壓造成不利的影響

在把分布式電源接入到電網(wǎng)系統(tǒng)時，配電系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換為多電源結(jié)構(gòu)，以往放射狀結(jié)構(gòu)將被打破。這一現(xiàn)象將導(dǎo)致電網(wǎng)中原有的潮流方向發(fā)生改變，潮流大小也會出現(xiàn)變化。此外，配電網(wǎng)中穩(wěn)定電壓值也會發(fā)生變化，傳統(tǒng)的調(diào)壓方案將會失去可行性。因而，分布式電源并入之前，要對電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性進行深入的研究，降低分布式電源對于電力系統(tǒng)的不良影響。大多情況下，技術(shù)人員會采用量化分析的方式對電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定狀況進行分析，并使用潮流計算的方式進行判斷。但是，因為潮流計算具有一定的局限性，不能適應(yīng)現(xiàn)階段電網(wǎng)運行的要求，因而計算過程中會出現(xiàn)大量的問題。為解決這一問題，技術(shù)人員需要對分布式發(fā)電類型進行建模，這一過程中需要對燃料電池以及異步發(fā)電機進行考慮，同時還要對同步發(fā)電機等因素進行研究。這樣一來，才能對配電潮流計算方式進行優(yōu)化。此外，配電網(wǎng)中接入分布式電源，能夠?qū)﹄妷涸谂潆娋W(wǎng)饋線上的分布造成不良影響，并且這種影響與電源的容量和接入位置有著密切的關(guān)系。

3.2.2 對電能質(zhì)量的影響

分布式發(fā)電過程中主要用到電力電子技術(shù)，在進行分布式發(fā)電項目的建設(shè)工作時，會用到大量的電力電子轉(zhuǎn)換器。因而，分布式發(fā)電將導(dǎo)致非線性負載數(shù)量的急劇增加，并網(wǎng)過程中將造成電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓、電流畸形問題，進而造成電網(wǎng)工程諧波污染問題。總體來說，分布式發(fā)電對于電能質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在電壓的善變和諧波的引入這兩個方面。

3.2.3 對配電網(wǎng)的耗損造成影響

電網(wǎng)工程中配電網(wǎng)的損耗問題主要受到潮流方面的影響，在將分布式電源接入到配電網(wǎng)時，勢必導(dǎo)致電力系統(tǒng)的負荷發(fā)生一定程度的變化。接入前配電網(wǎng)的潮流是單向流動的，接入之后潮流將變?yōu)殡p向流動。現(xiàn)階段，根據(jù)國外對于分布式電源接入方面的調(diào)查和研究顯示，配電網(wǎng)的損耗將會隨著分布式電源的接入而降低。當有同步發(fā)電機接入到電力系統(tǒng)時，電力系統(tǒng)將會出現(xiàn)有功功率以及無功功率的共同輸入現(xiàn)象。這樣一來，電力系統(tǒng)的耗損問題將會得到緩解，同時還能對電網(wǎng)電壓起到一定的支撐作用。當有異步感應(yīng)式發(fā)電機接入到配電網(wǎng)時，會出現(xiàn)有功功率輸入電力系統(tǒng)的情況，那么無功功率將會受到電力系統(tǒng)的吸收，這種現(xiàn)象將導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)減小。此外，通過對潮流的計算發(fā)現(xiàn)，將異步感應(yīng)式發(fā)電機接入到電力系統(tǒng)，能夠使電力系統(tǒng)的損耗提升。

3.2.4 對繼電保護的影晌

電力系統(tǒng)主要應(yīng)用的是放射狀結(jié)構(gòu)，這一現(xiàn)象在農(nóng)村地區(qū)尤為明顯。農(nóng)村地區(qū)為了提升電流運行的簡單程度，提高過電保護的經(jīng)濟效果，通常情況下會使用放射狀配電系統(tǒng)。但是，如果在放射狀網(wǎng)絡(luò)中接入分布式電源，那么將導(dǎo)致潮流狀況出現(xiàn)改變。這一過程中，會對原來的繼電保護設(shè)施造成不利的影響：一方面，分布式電源接入之后可能導(dǎo)致原有繼電保護裝置失去作用，該問題的出現(xiàn)主要是由于分布式發(fā)電過程中會存在故障電流。另一方面，隨著分布式電源的大量接入，可能會導(dǎo)致繼電保護出現(xiàn)一系列的失誤動作，在沒有故障的情況下可能引發(fā)饋線跳閘問題。

3.2.5 對控制系統(tǒng)的影響

在進行電力系統(tǒng)不同類型控制裝置的設(shè)計工作時，主要按照單向潮流進行設(shè)計。但是，如果有分布式電源接入到電力系統(tǒng)時，將導(dǎo)致不同支路的潮流方向發(fā)生相應(yīng)的改變，這與分布式電源的接入位置以及電源容量的大小有著密切的關(guān)系，并且會對原來線路中各種類型的控制系統(tǒng)造成一定的影響。現(xiàn)階段，為了有效解決這一問題，多在并網(wǎng)工作中安裝逆變器。但是，通過這一方式進行分布式電源的接入會受到電力系統(tǒng)浪涌傳播的影響。因此，目前要加強對新型電力電子變換器的研究，不斷提升分布式電源的接入效果。

4 結(jié)束語

能源發(fā)電工作中不僅會消耗大量的煤炭、石油資源，同時也加劇了目前的環(huán)境污染問題，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善，新能源發(fā)電和分布式發(fā)電得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。在進行新能源發(fā)電以及分布式發(fā)電工作時，要降低并網(wǎng)過程對原有電力系統(tǒng)造成的不良影響，提升技術(shù)應(yīng)用水平，提高供電工作的安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]鄭 希.新能源發(fā)電與分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響研究[J].數(shù)字化用戶，2017（32）：126.

[2]胡學浩.分布式發(fā)電技術(shù)及其并網(wǎng)問題[J].電工技術(shù)雜志，2012（10）：24～26.

[3]丁 明，王 敏.分布式發(fā)電技術(shù)[J].電力自動化設(shè)備，2013（7）：31～36.

收稿日期：2018-9-6

作者簡介：包耀龍（1988-），男，助理工程師，本科，從事新能源發(fā)電工作。