分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響探究

鄭瑞新

中國能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司 陜西 西安 710054

當(dāng)前供電形式大多是利用集中電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行，但是社會不斷發(fā)展背景下，人們對電力的需求也有了更高的需求，而傳統(tǒng)的發(fā)電方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化發(fā)展對電力的需要，因此加強(qiáng)對發(fā)電方式研究，致力于電能質(zhì)量的提升，降低發(fā)電過程中對能源的消耗以及環(huán)境污染問題，成為當(dāng)前應(yīng)研究的重點(diǎn)。而分布式發(fā)電以其獨(dú)特的優(yōu)勢可有效改善傳統(tǒng)發(fā)電模式帶來的一些弊端，電能無須長遠(yuǎn)距離運(yùn)輸可實(shí)現(xiàn)隨時隨地發(fā)電、應(yīng)用和控制，具備了節(jié)約土地資源使用，減少噪音、降低輻射等等優(yōu)勢，是電力行業(yè)重點(diǎn)推動專業(yè)方向。

1 分布式發(fā)電概念及優(yōu)點(diǎn)

1.1 分布式發(fā)電的概念

相較于傳統(tǒng)的集中式供電，分布式發(fā)電是根據(jù)用戶的現(xiàn)實(shí)需求，對其設(shè)施進(jìn)行分布設(shè)置。即在用戶數(shù)區(qū)域內(nèi)或配電網(wǎng)中對電源進(jìn)行分布式安裝，發(fā)電的容量通常從幾千瓦到幾十兆瓦之間，能夠滿足指定區(qū)域內(nèi)的用戶用電需求，同時也能夠當(dāng)作集中式發(fā)電電網(wǎng)的補(bǔ)充[1]。因此在全面掌握用戶實(shí)際用電需求的基礎(chǔ)上，可對分布式用電靈活設(shè)計(jì)，提高供電針對性，進(jìn)而保障發(fā)電的穩(wěn)定性提高發(fā)電效率。發(fā)電運(yùn)行模式中，總體包含了并網(wǎng)及孤網(wǎng)兩種模式，孤網(wǎng)模式與其他電網(wǎng)不連接，是屬于分布式發(fā)電的自治系統(tǒng)，因此其發(fā)電的方式有著較強(qiáng)的靈活性特點(diǎn)，能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行有效調(diào)整。并網(wǎng)模式是指通過與現(xiàn)存電力系統(tǒng)并聯(lián)的方式去調(diào)節(jié)電網(wǎng)的負(fù)荷，特別在用電高峰期內(nèi)，為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提供保障。

1.2 分布式發(fā)電優(yōu)點(diǎn)

首先分布式發(fā)電可根據(jù)不同用戶的需求發(fā)電，同時也可保障集中供電過程中的穩(wěn)定性，從而避免集中電網(wǎng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致的電力癱瘓問題。其次分布式供電有著較強(qiáng)的安全性和高效性，分布式發(fā)電接入電網(wǎng)之后，能夠有效提升大電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，即使大電源斷電也能夠利用分布式發(fā)電實(shí)現(xiàn)供電；具有環(huán)保型特點(diǎn)，分布式發(fā)電應(yīng)用過程中使用的太陽能、風(fēng)能等都是可再生能源，不僅有效降低了能耗，同時實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)保。而且在電能輸送的過程中，可利用低壓輸電線路進(jìn)行，從而避免了電磁污染的問題，也不會對周圍植物造成破壞；具有靈活性特點(diǎn)，由于分布式發(fā)電在設(shè)置區(qū)域較為分散，并且通常規(guī)模也較小，因此在實(shí)際運(yùn)行的過程中不會發(fā)生災(zāi)害事故，比傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)提高了保障性；具備經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)，通常分布式發(fā)電可以根據(jù)用戶的需求設(shè)置區(qū)域，因此電力傳輸?shù)木嚯x比較近，從而降低了能量的損耗問題。加之其發(fā)電的過程中所占據(jù)的空間以及土地面積都相對較小，因此電力企業(yè)對其投資也比較少，實(shí)現(xiàn)了成本上的節(jié)約。

2 分布式發(fā)電技術(shù)分析

2.1 燃料電池發(fā)電

燃料電池發(fā)電就是將燃料電池作為發(fā)電能源進(jìn)行發(fā)電，該技術(shù)是新時代發(fā)展的產(chǎn)物，屬于比較新穎的存儲能源裝備，通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)[2]。它與蓄電池大體一致但又有所區(qū)別，比如其能力的密度相對較高，主要包含了陰極、電解質(zhì)和陽極部分，其原理主要為在化學(xué)反應(yīng)下將電子轉(zhuǎn)化成離子，而陰極和陽極通過得失電子的方式形成電流。另外該技術(shù)在應(yīng)用的過程中想要滿足持續(xù)發(fā)電，則需要不斷的供應(yīng)催化劑和燃料。從應(yīng)用成本的角度分析，鉛酸電池應(yīng)急原系統(tǒng)更符合一次性使用，但是如果從后期的維護(hù)和更新應(yīng)用的陳本節(jié)約考慮，則是燃料電池更節(jié)約成本，由此可以看出，該技術(shù)在有效性的層面上，更適用于特定行業(yè)。因其在使用方式上有著較強(qiáng)的靈活性特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置為不同的形狀，當(dāng)前該技術(shù)被廣泛應(yīng)用到交通行業(yè)當(dāng)中。但也由此可以分析出，該技術(shù)容量上的制約性，成為其未廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的重要因素。

2.2 風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電主要是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，有著低成本、低耗能的特點(diǎn)。風(fēng)能是可再生資源，將其用于發(fā)電當(dāng)中可有效提高環(huán)境效益，特別在當(dāng)前國家提出的節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略中，風(fēng)力發(fā)電也成為當(dāng)前積極推廣的發(fā)電形式之一。當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要有兩種形式，即并網(wǎng)和離網(wǎng)[3]。由于該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中會受到自然風(fēng)的影響，因此當(dāng)前主要應(yīng)用的發(fā)電形式為并網(wǎng)型。即在發(fā)電廠中通過多個大容量風(fēng)力發(fā)電和機(jī)組構(gòu)成的風(fēng)場，借助風(fēng)力吹動槳葉轉(zhuǎn)動以形成動力，同動力勢能的轉(zhuǎn)化方式形成電能。該技術(shù)在當(dāng)前相對比較成熟，特別是在我國西部以及沿海地區(qū)應(yīng)用比較廣泛。但是由于其存在一定的缺點(diǎn)，如容易受到風(fēng)力影響導(dǎo)致發(fā)電的不穩(wěn)定性等，電能的質(zhì)量難以保障。

2.3 光伏電池發(fā)電

光伏電池發(fā)電主要是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，太陽能的有效應(yīng)用符合了我國當(dāng)前提出的低碳環(huán)保理念，成為當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展的主流能源，在分布式發(fā)電中的應(yīng)用，主要是通過多晶硅、單晶硅等半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化。另外該技術(shù)不僅能將白天的太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，同時還能將多余的能量進(jìn)行儲存用于晚上，有效提升了電力的利用率。太陽能是當(dāng)前研究比較深入的能源，在分布式發(fā)電中，太陽能光伏電池可有效降低對不可再生能源的消耗，促進(jìn)生態(tài)環(huán)保效益的提升。太陽能本身就是清潔能源，太陽能廣發(fā)發(fā)電有著節(jié)能、清潔的優(yōu)勢，相較于其他電力發(fā)電，光伏發(fā)電的過程更加簡單。并且由于太陽光照射的區(qū)域范圍較廣，因此在對其開發(fā)和利用上也存在較高的便捷性特點(diǎn)，將收集的能源儲存用于晚上，也避免了資源浪費(fèi)的問題。

3 分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響分析

3.1 對網(wǎng)架電壓的影響

分布式電源接入到常規(guī)的配電網(wǎng)之后，會直接對其電力系統(tǒng)造成影響。分布式發(fā)電會對電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)造成一定的改變，同時影響電力方向和大小。網(wǎng)架電壓會隨著分布式發(fā)電源增加產(chǎn)生更大的影響。傳統(tǒng)網(wǎng)架控制電壓穩(wěn)定性的方式通常只針對短時間操作過的電壓，而針對接入分布式發(fā)電源的有效措施相對較少，因此比較容易對給其他用戶造成影響，最終使整個網(wǎng)架電壓產(chǎn)生波動[4]。總體來講其主要影響體現(xiàn)在以下三個方面：首先會對接入回路造成影響，分布式發(fā)電接入的越多，容量也越大，因此對網(wǎng)架電壓產(chǎn)生的影響也就越大。其次分布式發(fā)電在網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行接入時，會使關(guān)聯(lián)在該節(jié)點(diǎn)的所有用戶用電情況造成影響，特別是節(jié)點(diǎn)的分布范圍相對較廣，因此其影響的程度也難以估算。最后通常情況下法拉第效應(yīng)會使線路的首端電壓抬升，因此這就需要在接入分布式發(fā)電時，需根據(jù)實(shí)際需求采取有效策略。由此可以看出，不僅容量對電壓分布產(chǎn)生影響，接入位置的不同也會對其產(chǎn)生影響。因此如果分布式電源電壓超出用戶接受的范圍時，配電網(wǎng)則需要針對對應(yīng)節(jié)點(diǎn)去調(diào)節(jié)電壓。分布式電源會在DG呈現(xiàn)正常數(shù)值的情況下少發(fā)無功功率。

3.2 對繼電保護(hù)的影響

以往配電系統(tǒng)中如果出現(xiàn)故障問題，短路電流一般是從電源到故障區(qū)的單一流向電流。當(dāng)前配電系統(tǒng)主要為放射狀結(jié)構(gòu)，其作用在于提高電力運(yùn)行過程中的簡單性以及過電流保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。分布式電源接入配電網(wǎng)時，該結(jié)構(gòu)形式能夠覆蓋整體電源以及用戶當(dāng)中，形成連接電源與用戶的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模式，潮流的特征也隨之發(fā)生變化。由此可以看出分布式發(fā)電與繼電保護(hù)產(chǎn)生影響。首先分布式發(fā)電運(yùn)行過程中可能導(dǎo)致繼電保護(hù)實(shí)效，其形成的故障電流可能會減小流過饋線繼電器電流；其次分布式電源接入電網(wǎng)之后，可能會使相連饋線中，一方產(chǎn)生故障的饋線對其相鄰饋線產(chǎn)生影響，進(jìn)而出現(xiàn)跳閘情況。最后對配電網(wǎng)故障水平造成影響。分布式電源的數(shù)量對其故障水平高低有直接影響。想要提高故障水平需要升級開關(guān)設(shè)備，因此如果電網(wǎng)中因分布式電源大導(dǎo)致的故障問題提升時，則需要做好斷路器升級保護(hù)裝置。

3.3 對電能質(zhì)量影響

電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量包含了電壓質(zhì)量、電流、供電以及用電等方面的質(zhì)量問題。當(dāng)前電力系統(tǒng)中對其質(zhì)量產(chǎn)生影響的重要因素有電壓波動、諧波擾動等。分布式電源接入配電網(wǎng)時會對其運(yùn)行造成一定的電能質(zhì)量問題。首先影響電壓波動的主要原因在于大型分布式發(fā)電輸出過程中突然發(fā)生變化，分布式發(fā)電以及反饋環(huán)節(jié)中電壓控制設(shè)備相互影響等；其次是諧波污染。整流電路技術(shù)以及逆變電路技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中需要有大量設(shè)備支持，如整流器、調(diào)壓裝置以及相關(guān)機(jī)電設(shè)備等，這同時也是諧波產(chǎn)生源。而諧波會對電網(wǎng)保護(hù)同等造成影響，通常轉(zhuǎn)換器的數(shù)量越大對諧波產(chǎn)生的影響也越大，進(jìn)而對電能質(zhì)量造成影響。最后改善措施不明確。電壓閃變問題有時候會因電機(jī)啟動導(dǎo)致，有時也會因?yàn)榉植际诫娫摧敵龉β首兓瘜?dǎo)致，而這種問題在當(dāng)前還沒有明確的解決方案。

3.4 對電力市場的影響

新時期電力改革的背景下，分布式發(fā)電的推廣和應(yīng)用推動了電力市場的進(jìn)一步發(fā)展，同時也為廣大用戶提供了更多的選擇。各級用戶可根據(jù)自身的實(shí)際需求針對性地選擇供電方式。比如用電選擇中可根據(jù)性價(jià)比選擇電力供應(yīng)商；特殊行業(yè)對用電有特殊需求時，對電能的質(zhì)量要求不高，為分布式發(fā)電的應(yīng)用提供了更寬的平臺；用戶可以實(shí)現(xiàn)資金直接發(fā)電，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)約，擺脫常規(guī)電網(wǎng)束縛等等。我國當(dāng)前各電力企業(yè)在改革過程中側(cè)重于電力售賣端的開發(fā)上，這同時也為分布式發(fā)現(xiàn)提供了更有力的競爭空間。但是在電力發(fā)展的過程中，同時還需要深入分析研究當(dāng)前分布式發(fā)電存在的各種問題和不足，做好潮流計(jì)算工作，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行；采取有效措施對電壓以及電能質(zhì)量進(jìn)行有效控制，進(jìn)一步提升其應(yīng)用過程中的安全性和穩(wěn)定性。為推動分布式發(fā)電的發(fā)展，不僅要注重技術(shù)層面上的研究，同時還需要加強(qiáng)對管理層面的重視，并根據(jù)市場需求積極做出改變。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代化發(fā)展中電力能源是人們生活中必不可少的資源。隨著人們對電力需求不斷增強(qiáng)，電網(wǎng)的負(fù)荷也日益增加。而分布式發(fā)電以其獨(dú)特的優(yōu)勢得到了快速發(fā)展，同時也對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了重要影響。因此應(yīng)加強(qiáng)對分布式發(fā)電技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)最大化的避免因分布式發(fā)電產(chǎn)生不良影響導(dǎo)致的各種問題，充分發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢，進(jìn)一步促進(jìn)電能質(zhì)量提升，降低電網(wǎng)負(fù)荷，滿足當(dāng)前社會發(fā)展的需求，推動電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。