分布式能源接入電網影響研究

閆瑋袆

（中海石油氣電集團有限責任公司技術研發中心，北京 100028）

0 引 言

隨著我國電力行業的不斷發展，分布式能源接入的范圍越來越廣。局部地區的分布式發電分布相對集中，分布式發電機占電力基礎設施的比重越來越大，給電力系統造成了嚴重負荷。分布式能源接入的架構特點影響了電網的整體規劃和建設，技術和管理的問題矛盾逐漸突出。因此，分布式發電技術給電網運行帶來的影響需要得到重視，電力行業工作人員要及時做好相關的協調工作。

1 分布式能源接入

分布式能源包含分布式發電和儲能，本文主要討論分布式發電技術。分布式發電技術是指為滿足用戶的用電需求，在用戶附近研發建設的小功率發電機組。這一概念是相對電網規劃中的集中式發電靈活制定的，是一種技術相對成熟的清潔新能源利用方式，具有開發利用分散能源、提高能源利用率、實現節能減排以及滿足特殊場合供電的優勢。常見的分布式發電技術類型有內燃機、太陽能發電、風力發電、生物質能發電、潮汐能、燃氣輪機、燃料電池發電以及地熱能源發電等[1]。燃氣類型的分布式能源接入是最常見的類型。相對于自然條件下的風能、太陽能等，燃氣類型的分布式能源在發展過程中還面臨著市場、經濟以及技術等方面的問題。燃氣開發前期存在市場上的用戶存在認知度不夠和用能設施建設成本太高的問題，直接導致燃氣價格居高不下。如果沒有政策的扶持，燃氣類型的分布式能源很難得到發展。可見，發展燃氣類型的分布式能源，需要解決政策問題、設備國產化問題、并網問題、電力企業運行以及突破市場制約等。

在系統選擇上，分布式發電通常選擇直接接入低壓配電系統的方式，或者直接選擇形成一個獨立的供電循環，使得分布式發電和常規的電源比起來具有規模更小、成本更低、保護環境、具有間歇性以及需要依靠加工成型燃燒的過程特點[2]。受地區經濟和資源限制，分布式能源接入存在分布不平衡、技術和管理方面矛盾問題突出的缺點，易造成電網局部負荷過重、維護工作實施困難等消極影響。此外，分布式能源接入與整體電網運行的協調也給電力企業的工作帶來了很大壓力。

2 分布式能源接入對電網的影響

2.1 對網損的影響

分布式能源接入由于具有靈活性特點，根據不同位置、網絡拓撲結構、容量以及負荷率，會對電網系統損耗產生不同影響。通過定量分析統計結果顯示，在接入位置固定的情況下，能源接入容量增大，電網損耗先減小后增大，所以分布式能源接入的最大容量不能超過電網的最大負荷承載量。選擇合理的接入位置和容量，才能使電網系統損耗程度降到最低[3]。

2.2 對繼電保護系統的影響

隨著各種類型的分布式能源接入，電網系統逐漸形成了一個巨大的輻射式供電網絡系統，具有電源分布廣泛、用戶眾多的特點，使得傳統的單向性繼電保護系統受到了一定影響，其中距離保護、過電流保護以及故障電流等方面的保護機理和定值更是產生了巨大變化。一旦電網發生故障，需要迅速分析故障根源是否與分布式能源接入有關，并配合進行電源切斷工作。由于分布式能源接入受地區經濟和資源的影響，發展水平高低不一，分布式能源接入對電網繼電保護系統的運行造成了很大威脅，可能導致繼電保護系統失效或者錯誤操作，降低了電網故障處理水平。

2.3 對電能質量的影響

分布式能源接入對電網電能質量的影響是多方面的，包括電壓波動、不平衡、頻率偏差、電壓閃變以及產生諧波等。分布式能源接入會對電壓的波動產生抑制或者加重作用，這取決于分布式電源的容量和電網負荷承載量的協調運行狀況。如果分布式能源不合理、違規接入電網，會造成電路系統產生劇烈的負荷潮流波動，對電能質量造成巨大影響。分布式能源接入由于可以根據用戶的不同需求隨時啟動或停運并調整能源輸出量，接入的時間、輸出量的不確定性會直接或間接導致電壓閃變。分布式電源接入大多使用電子逆變器進行控制和調節工作，頻繁開關和使用會產生大量諧波分量，多余的諧波會造成污染。諧波污染會加大電力設備的損耗，縮短其壽命，甚至直接對運行造成影響[4]。

2.4 對電網的可靠性影響

除了不可抗力的氣候、環境等自然因素會對太陽能、風能等不穩定的發電形式造成影響外，獨立的供電循環這一類型的分布式能源接入會對電網的可靠性造成消極影響。電路發生故障時，分布式能源能夠保證停電用戶的供電，對降低年平均斷電時間有積極作用。但是，這種獨立的孤島式供電方式會對電網檢修工作人員的安全產生巨大威脅，電力管理水平也受到地區發展的限制。安全意識和管理水平的落后，導致某些地區的檢修工作危害指數更高，嚴重危害電網供電的可靠性。

2.5 對電網規劃的影響

大量的分布式能源接入降低了電網系統對輸電網和大型發電站、發電廠的需求，使供電服務不再完全依賴這些發電形式，是電力行業發展多樣性、科學性的體現，降低了電網建設和運行的成本。除了對電網規劃帶來的便利，分布式能源接入也對電網規劃造成了一定的消極影響。根據我國的地理差異特點，不同地區的分布式能源接入的發電量不盡相同。為了保證滿足用電客戶的生產生活需求，電網的規劃必須增加對這些地區的電力補充作為地區電力的依托備用。加上分布式能源接入過程中的諧波污染造成的設備損耗，對電壓波動的影響相對不穩定，增大了電網負荷承載量的檢測難度。分布式能源接入導致傳統的電網運行過程中相關的理論計算方法不再適用。從一定層面上看，分布式能源接入對電網的規劃增加了更多不確定因素，規劃需要考慮多方影響進行最優化選擇，對電網規劃的適應性提出了更高要求。在某些方面，分布式能源接入還增加了電網改造和建設的成本費用，給電力企業的發展帶來了巨大壓力[5]。

3 分布式能源接入的優化策略

根據分布式能源接入對電網的影響，想要盡量避免分布式能源接入對電網的消極影響，必須從整體綜合規劃和電力科學技術兩個方面進行優化[6]。

整體綜合規劃中，可以將分布式能源接入中的可再生能源的規劃全部統一納入可再生能源規劃，保障能源的可持續發展。使用分級規劃保證能源接入細節事項能得到管理，省級規劃要以國家規劃的主要目標為指導，根據地區特點因地制宜做好規劃。燃氣類型的分布式能源需要政府在前期提供大量的政策支持和資金扶持，并需要協助電力企業加強能源宣傳，提高用戶的認知度，幫助企業擴大燃氣市場。規劃原則要堅持節能減排、保證科學性和合法性，要加大相關立法工作，進行科學的管理和規范。此外，整體規劃必須符合社會主義發展的現實要求。

科學技術方面要求電力行業不斷培養高素質的技術人才，將技術問題帶來的損失降到最低。例如，發展微電網技術，保證獨立的供電循環這一類型的分布式能源接入的安全性和平穩性，從而進一步增加電網的可靠性。此外，燃氣類型的分布式能源由于其設備國產化、并網問題嚴重，前期用能設備建設成本太高，需要科研人員加強研究和開發，吸收國內外先進的科學技術經驗，提高設備水平，降低用能設備建設的成本，并合理規劃相關并網問題，使燃氣類型的分布式能源可以得到更好發展。同時，需加大主動配電網技術、輸電技術、繼電保護技術以及儲能技術等的科研力度，降低電網受到的影響。

4 結 論

分布式能源接入方式的產生是電力發展過程中現實情況的要求，也是電網運行中的重要內容。我國分布式能源接入發展仍然處于起步階段，在獲得便利的同時，要兼顧帶來的缺點和對電網整體的影響。電力行業需重視并積極開展研究，以保證電網的可持續發展。