智能電網(wǎng)建設(shè)中分布式電源的規(guī)劃

王 勉

（軍事科學(xué)院國防工程研究院，湖北 武漢 430010）

0 引 言

分布式電源在大多數(shù)情況下的發(fā)電功率都比較小，介于幾千萬到幾十兆瓦之間。由于其具備較大的延展性，非常適合當(dāng)前的使用環(huán)境，可以滿足部分終端用戶的實(shí)際需求。同時(shí)分布式電源可以分為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電電源、熱電冷聯(lián)發(fā)電電源以及燃料電池電源等，并且根據(jù)所用資源的不同可以劃分為風(fēng)能、水能以及不可再生能源等［1］。

1 智能電網(wǎng)建設(shè)與分布式電源概述

社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動了電力行業(yè)發(fā)展，為了有效應(yīng)對發(fā)展過程中出現(xiàn)的挑戰(zhàn)，需要不斷提高電網(wǎng)體系人員利用率，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)提升整個(gè)電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合先進(jìn)的測量技術(shù)、傳感技術(shù)以及智能化控制技術(shù)，在很大程度上降低生產(chǎn)成本，保證企業(yè)效益［2］。主動配電網(wǎng)的三大要素和相互關(guān)系如圖1所示。

2 分布式電源建設(shè)中存在的問題

大力推動智能電網(wǎng)建設(shè)的主要目的是解決當(dāng)前因距離和環(huán)境等諸多因素造成的供電困難問題。分布式電源規(guī)劃與智能電網(wǎng)的整體規(guī)劃存在不一致性，會導(dǎo)致脫離智能電網(wǎng)供電系統(tǒng)而獨(dú)立存在的情況。在實(shí)際規(guī)劃建設(shè)過程中仍然有一些問題有待解決，例如與電網(wǎng)的建設(shè)整體規(guī)劃存在差距甚至脫離電網(wǎng)系統(tǒng)而獨(dú)立存在、在規(guī)劃建設(shè)上不能夠跟上智能電網(wǎng)的發(fā)展速度、可靠性和穩(wěn)定性有待提升、預(yù)計(jì)建設(shè)工期與實(shí)際工期不相符以及在建設(shè)過程中出現(xiàn)同類型的電網(wǎng)過多導(dǎo)致資金浪費(fèi)等［3］。分布式電源與微網(wǎng)工作原理見圖2。

圖2 分布式電源與微網(wǎng)工作原理

3 分布式電源在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

首先，將其合理應(yīng)用于智能電網(wǎng)可以有效保證供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。在日常生活和工作中，停電事故是不可避免會發(fā)生的。但是由于分布式電源在設(shè)計(jì)上存在一定的特殊性，因此在生活中由于某些原因?qū)е麓竺娣e停電，電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行也不會受到明顯影響，仍然可以為廣大用戶提供穩(wěn)定的電能，滿足人們的日常所需［4］。

其次，受成本和自然環(huán)境等因素的影響，我國部分偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)100%的全覆蓋。目前火力發(fā)電仍然占據(jù)主流地位，但采用燃煤發(fā)電造成的環(huán)境污染等問題尤為突出。若采用傳統(tǒng)傳輸方式，距離過遠(yuǎn)時(shí)不可避免地會損耗掉一部分電能。而分布式電源在夏季制冷與冬季取暖用電高峰期可以實(shí)現(xiàn)對電力的自動調(diào)節(jié)，更好地分配電能，實(shí)現(xiàn)對資源的優(yōu)化配置。

4 分布式電源對配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的影響

4.1 對電能質(zhì)量的影響

從積極方面來看，分布式電源能夠更加快速地提供電能，具備極高的靈活性，可以根據(jù)需求采取就地供電的方式，在一定程度上具備較好的可靠性，同時(shí)也能夠有效保證供電質(zhì)量。但是其缺點(diǎn)也很明顯，不規(guī)則起停極易導(dǎo)致傳輸功率出現(xiàn)波動，如果出現(xiàn)了不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，那么就會引發(fā)電壓閃變［5］。此外，由于大量電力電子裝置在并網(wǎng)時(shí)被應(yīng)用到系統(tǒng)中，如果再進(jìn)行操作，那么就很容易造成對電網(wǎng)的諧波污染。

4.2 對電壓的影響

由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)大多采用由中心向四周分散形態(tài)的供電方式，因此在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下電壓會沿著饋線方向逐漸降低。但是在接入分布式電源后，其位置和總量的大小直接決定了各負(fù)荷點(diǎn)電壓被抬升的高度，也會對配電系統(tǒng)電壓波動造成嚴(yán)重影響［6］。在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，系統(tǒng)電壓波動主要是有功損耗和無功損耗隨時(shí)間的變化而引起的。因此在分布式電源安裝的地方，可以在其周圍安裝配電電容器，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的。

4.3 對系統(tǒng)保護(hù)所造成的影響

由于傳統(tǒng)輻射狀配電網(wǎng)的潮流流向存在單向性，并且配電網(wǎng)上大多數(shù)故障幾乎都是瞬時(shí)產(chǎn)生，因此在保護(hù)設(shè)計(jì)上主要是根據(jù)斷開故障支路和對瞬時(shí)故障進(jìn)行重合閘而進(jìn)行的。通常情況下是在變電站處安裝反向過流繼電器，在主饋線裝自動合閘，在支路上安裝熔斷器。由于接入分布式電源以后要求保護(hù)設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備方向性，而傳統(tǒng)裝置并不具備這樣的條件，因此必須采用方向性敏感元件替代上述兩項(xiàng)裝置，但這樣在經(jīng)濟(jì)上就顯得有些不劃算。

4.4 對損耗的影響

整個(gè)配電系統(tǒng)功率流向會隨著負(fù)荷附近接入分布式電源系統(tǒng)發(fā)生變化。在系統(tǒng)中，假如每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷量大于或等于分布式電源輸出量，那么就可以起到降低電網(wǎng)損耗的作用，反之就會增加損耗。

5 在智能電網(wǎng)應(yīng)用中的合理規(guī)劃

分布式電源具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中對其進(jìn)行合理規(guī)劃是非常重要的。只有合理選擇其位置和容量，才能有效提高對能源的利用效率，分布式電源在接入電網(wǎng)后所帶來的消極影響。

5.1 根據(jù)實(shí)際情況確定分布式電源點(diǎn)

由于可以對不同類型的可再生和非可再生能源進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)考慮到不同地區(qū)資源的分布不平衡，因此在選擇分布式電源時(shí)需要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，才能實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)資源的充分利用［7］。比如太陽能隨處可見，但是我國幅員遼闊，不同區(qū)域和區(qū)域分布的總量也是完全不同的，比如在四川盆地，由于云層較多因此太陽能資源較為匱乏；但是在青藏高原等地區(qū)云層稀薄，具備有極為豐富的太陽能資源。除此以外，風(fēng)能資源的分布也存在較大的差異。例如新疆和內(nèi)蒙等區(qū)域以及東南沿海廣州、福建和海南，儲備上相對比較豐富，可利用率也比較高。但由于各地區(qū)不同時(shí)段風(fēng)速分布也存在較大差異，因此在實(shí)際應(yīng)用上也存在較為明顯的區(qū)別［8］。

5.2 選址應(yīng)考慮多方面內(nèi)容

由于不同的規(guī)劃目標(biāo)所考慮到的相關(guān)因素也存在較大的差異，因此在地址的選擇上也需要進(jìn)行詳細(xì)考慮。除此以外，還需要考慮安全性和穩(wěn)定性，并對成本和收益情況進(jìn)行詳細(xì)的分析。比如在成本上，需要詳細(xì)了解設(shè)備、機(jī)械以及運(yùn)輸?shù)壬婕暗南嚓P(guān)費(fèi)用。此外還需要詳細(xì)分析在發(fā)電過后產(chǎn)生的收益問題，例如電價(jià)優(yōu)惠政策、降低收購電成本帶來的收益以及減少電網(wǎng)損耗所產(chǎn)生的收益等。此外還需要對所建設(shè)的環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)評估，綜合考慮地理環(huán)境、氣候狀況以及地形地質(zhì)等諸多因素，要針對所在區(qū)域的獨(dú)特環(huán)境選擇最為合適的電源類型，才能產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)收益，減少不必要的損失。

一般情況下，分布式電源接入電力系統(tǒng)的方式主要有異步機(jī)、同步機(jī)以及換流器（AC/DC、AC/AC）這3種類型。在具體潮流計(jì)算過程中，可將其當(dāng)做PV或是PQ的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理［9］。分布式電源的接入位置、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及負(fù)荷量的相對大小在一定程度上都會對配電網(wǎng)中線路潮流的大小、方向以及系統(tǒng)的整體損耗產(chǎn)生直接影響。當(dāng)分布式電源安裝至配電網(wǎng)的末端后，流過線路的有功功率和無功功率都會或多或少降低。如果直接將分布式電源安裝在變電站的節(jié)點(diǎn)上，則無法實(shí)現(xiàn)線路負(fù)載能力的改變與優(yōu)化，只能改變電源總?cè)萘浚?0］。

如果定義ΔP=PLi-PDGi，PDGi為節(jié)點(diǎn)DG額定安裝總量，那么實(shí)際的配電網(wǎng)和負(fù)荷之間的有功功率流動包含以下3種情況。

（1）ΔP＞0，配電網(wǎng)直接向節(jié)點(diǎn)處輸送了有功功率ΔP。

（2）ΔP=0，沒有任何功率的流動。

（3）ΔP＜0，節(jié)點(diǎn)向配電網(wǎng)處輸送了有功功率。

假設(shè)分布式電源位于負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上，將其當(dāng)作具有恒定功率因數(shù)的PQ節(jié)點(diǎn)，結(jié)合分布式電源的具體特征，基于支路電流應(yīng)用前推回代法計(jì)算功率。

6 結(jié) 論

綜上所述，科技的不斷進(jìn)步也促進(jìn)了電力行業(yè)的快速發(fā)展，如今智能電網(wǎng)與分布式電源早已是相輔相成。智能電網(wǎng)為分布式電源的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)可靠的保障，同時(shí)分布式電源也為智能電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行提供了技術(shù)支撐。分布式電源具備較高的靈活性與穩(wěn)定性，已經(jīng)成為當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分之一。因此，對其進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃，可以促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為人們提供穩(wěn)定的電能。