分布式電源接入配電系統(tǒng)方式探討

【摘 要】 分布式發(fā)電技術(shù)被認為是一種極有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。它清潔、環(huán)保、經(jīng)濟、高效。文中介紹了分布式電源的特點及其并網(wǎng)模式。并分析了與配電網(wǎng)并網(wǎng)后，它從潮流、電壓、頻率、功率因數(shù)、諧波污染等方面對電網(wǎng)的影響。在解決好并網(wǎng)的相關(guān)問題后，分布式電源將會有長足的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 分布式電源 配電系統(tǒng) 并網(wǎng)

0 引言

分布式發(fā)電(Distributed Generation)或分布式電源(Distributed Resource)區(qū)別于集中發(fā)電、遠距離傳輸，大互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)形式，為滿足某些終端用戶的要求，模塊式分布在用戶附近的清潔環(huán)保、經(jīng)濟、高效、可靠的發(fā)電方式及儲能系統(tǒng)。

分布式電源的興起，是地球環(huán)境可持續(xù)發(fā)展政策與技術(shù)進步的產(chǎn)物。目前，這種電源在我國僅占極小的比例，但可以預(yù)計在未來的若干年內(nèi)，分布式電源不僅可以作為集中式發(fā)電的一種重要的補充，還將在能源綜合利用上占有十分重要的地位。無論是解決城市的供電，還是解決邊遠農(nóng)村地區(qū)的用電問題，都具有巨大的潛在市場，一旦解決了主要的障礙和瓶頸，分布式發(fā)電系統(tǒng)將獲得迅速發(fā)展。

1 分布式電源的特點

分布式電源的興起，是地球環(huán)境可持續(xù)發(fā)展政策與技術(shù)進步的產(chǎn)物。

常見的DG形式包括了一些采用天然氣、生物質(zhì)、風(fēng)能的技術(shù)?？梢灶A(yù)計在未來的若干年內(nèi)，分布式發(fā)電不僅可以作為集中式發(fā)電的一種補充，還將在能源綜合利用上占有十分重要的地位。

在我國，隨著經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，我國集中式供電網(wǎng)的規(guī)模迅速膨脹，這種發(fā)展所帶來的安全性問題不容忽視。相對于集中式發(fā)電不能靈活跟蹤負荷的變化，局部事故極易擴散，導(dǎo)致大面積停電等弊端，發(fā)展DG的重要意義在于以下幾個方面:

(1)經(jīng)濟性:分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本。

(2)環(huán)保性:因其采用可再生能源作材料，故可減少有害物的排放總量，減輕環(huán)保的壓力。大量的就近供電減少了大容量、遠距離、高電壓輸電線路的建設(shè)，故減少了電磁污染、高電壓輸電線的征地面積和輸電走廊，減少了對線路下樹木的砍伐，有利于環(huán)保。

(3)能源利用的多樣性:分布式發(fā)電可利用多種能源，并同時為用戶提供冷、熱等多種能源應(yīng)用方式。

(4)調(diào)峰作用:調(diào)峰性能好、操作簡單、啟?？焖?，便于實現(xiàn)全自動，可降低電力負荷。

(5)安全性和可靠性:當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電事故時，具有特殊設(shè)計的分布式發(fā)電系統(tǒng)仍能保持正常運行，可以彌補大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足。

(6)電力市場問題。分布式發(fā)電是一種適應(yīng)電力市場發(fā)展的需要，由多家共同發(fā)展電力事業(yè)的良好方式。

(7)投資風(fēng)險:它的裝機容量一般較小，建設(shè)周期短，因此可避免類似大電廠建設(shè)周期長的風(fēng)險。

2 分布式電源并網(wǎng)模式

分布式電源同配電網(wǎng)并網(wǎng)運行可以有效降低電力峰荷，緩解電壓驟降，消除過負荷和堵塞，增加輸電裕度，充分發(fā)揮DG機組的優(yōu)勢，還可以提高能源利用率，減少污染物的排放，降低配電網(wǎng)的損失，并且大大提高供電可靠性。

DG并網(wǎng)運行是指DG機組在正常運行情況下，與常規(guī)配電網(wǎng)在主回路上存在電氣連接，連接點一般稱為“公共連接點”(PCC)，電氣連接包括電纜直接連接、經(jīng)過變壓器連接、經(jīng)過逆變器連接等方式。一般而言，鑒于其容量小的特性，分布式電源根據(jù)DG機組容量的不同，選擇不同的并網(wǎng)電壓，直接接入配電系統(tǒng)(380V或10kV配電系統(tǒng))并網(wǎng)運行。DG機組并網(wǎng)運行按照功率交換方式，可分為普通并網(wǎng)和并網(wǎng)不上網(wǎng)兩種。普通并網(wǎng)時DG機組可以向電網(wǎng)輸送多余功率;而并網(wǎng)不上網(wǎng)時則嚴格禁止DG機組的功率外送，即PCC處功率流向只能是電網(wǎng)流向DG用戶。

3 分布式電源并網(wǎng)運行對配電網(wǎng)的影響

對潮流的影響。因為DG機組可能頻繁啟停，從而使配電線路負荷潮流不斷發(fā)生大的變化，使電壓調(diào)整變得很困難，容易導(dǎo)致電壓超標(biāo)。如何控制DG的投切，避免大量DG的群起群落對系統(tǒng)造成的沖擊，成為保證系統(tǒng)供電質(zhì)量的重要問題。

(1) 對電壓的影響。DG接入必然會引起相關(guān)線路和區(qū)域中潮流發(fā)生變化，從而影響到穩(wěn)態(tài)電壓的分布。研究表明，接入分布式電源后，配電網(wǎng)各節(jié)點電壓均可能改變。這必然會引起線路損耗的變化。

(2) 對頻率的影響。整個電網(wǎng)是一個同步系統(tǒng)，要求所有節(jié)點的頻率必須保持一致，這樣系統(tǒng)才能穩(wěn)定運行。DG機組由于容量較小，占系統(tǒng)比例很小，因此DG機組的啟停對系統(tǒng)的頻率沒有太大影響。

(3) 對功率因數(shù)的影響。DG可以通過勵磁調(diào)節(jié)或移相裝置來控制輸出的無功功率，而傳統(tǒng)的配電網(wǎng)也會采用電容器投切的方法來跟蹤系統(tǒng)的無功變化。因此，配電網(wǎng)電容器投切應(yīng)與DG的勵磁調(diào)節(jié)相配合，否則會出現(xiàn)爭搶調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。為了減少配電系統(tǒng)對于DG機組的無功依賴，保證機組停止運行后系統(tǒng)電壓仍然穩(wěn)定，DG機組應(yīng)在高功率因數(shù)下運行，同時在DG機組和電網(wǎng)并網(wǎng)處加裝無功補償裝置。

(4) 電壓波動和閃變。對于一般的DG機組，由于其機組容量小，慣性小，容易受到負荷變化的沖擊。有仿真計算結(jié)果表明，當(dāng)DG機組強制跟隨負荷變化調(diào)整機組出力時，如果機組的控制系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)，調(diào)整量與實際負荷的變化不匹配，此時會造成發(fā)電機出口處電壓的幅值在很長時間內(nèi)保持周期性波動，頻率在6～7Hz之間。

(5) 諧波污染問題。諧波會增加諧波的有功和無功，降低電壓，浪費電網(wǎng)容量，時電量計算不準(zhǔn)，還會造成電容器等電力器件產(chǎn)生過流、升溫、擊穿等事故，同時諧波還會對繼電保護設(shè)備產(chǎn)生影響，造成誤動作。以逆變器等電力電子原件作為并網(wǎng)接口的DG系統(tǒng)，不可避免的會給電網(wǎng)帶來諧波污染。

(6) 孤島效應(yīng)問題。孤島效應(yīng)指的是在大電網(wǎng)斷開后，獨立的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)向區(qū)域負荷供電的現(xiàn)象。DG在孤島狀況下運行時，可能會給用戶和維修人員的人身安全帶來危險，對線路和設(shè)備的安全造成威脅。DG的孤島運行還可能帶來非同期重合閘的危險。

(7) 對配電網(wǎng)保護系統(tǒng)的影響。由于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)為單電源放射狀結(jié)構(gòu)，其保護系統(tǒng)相對較為簡單。考慮電網(wǎng)80%～90%的故障為瞬時性故障和不同線路的具體特征，應(yīng)分布采用重合閘前加速和重合閘后加速裝置，以快速恢復(fù)瞬時性故障，提高供電可靠性。配電網(wǎng)中大量的繼電保護裝置早已存在，不可能為了新增的DG而作大量的改動，DG必須與之配合并適應(yīng)它。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，如果相關(guān)的DG不能及時斷開，就會向故障點提供故障電流，這可能會帶來保護誤動作，保護拒動作、故障等級上升等不良后果。

4 我國分布式能源的發(fā)展

我國是一個能源生產(chǎn)和消費大國，經(jīng)濟的快速發(fā)展導(dǎo)致能源需求的快速增長。能源已成為對國民經(jīng)濟發(fā)展有重大影響的支柱產(chǎn)業(yè)。改革開放以來，我國能源工業(yè)發(fā)展迅速，基本上滿足了國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，曾一度出現(xiàn)供大于求的局面。但是我國畢竟是一個發(fā)展中國家，隨著工業(yè)化和城市化發(fā)展速度的加快，特別是中國政府提出2020年比2000年GDP翻兩番的發(fā)展目標(biāo)后，經(jīng)濟發(fā)展速度加快，能源需求急速增長，能源供應(yīng)不足的瓶頸問題再次出現(xiàn)，電力、石油、煤炭供應(yīng)全面緊張，20多個省、市、自治區(qū)不同程度拉閘限電，煤炭供應(yīng)不足，價格一路上漲，電力價格也隨之上調(diào)。能源問題成為社會各界關(guān)注的焦點之一。

目前，熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)成熟、效率較高、節(jié)能效果顯著，是最主要的分布式能源?？稍偕茉丛谖覈r(nóng)村能源供應(yīng)中發(fā)揮了重要作用，正在向商業(yè)化和規(guī)?；较蚩焖侔l(fā)展，前景十分廣闊，我國政府對上述技術(shù)的推廣應(yīng)用都十分重視。

我國大部分小型可再生能源發(fā)電分布在農(nóng)村地區(qū)，包括小水電、光伏發(fā)電、沼氣發(fā)電和秸稈發(fā)電等分散電源，近年來城市分散的光伏發(fā)電也開始應(yīng)用，分布式可再生能源發(fā)電成為常規(guī)電力的有益補充，而且在許多偏遠地區(qū)是唯一可采用的供電方式。隨著資源意識、環(huán)保意識和科技意識的加強，大量的工業(yè)廢水、養(yǎng)殖場廢棄物和城市生活垃圾都可能成為分布式發(fā)電的燃料，既增加了能源資源量，也消除了環(huán)境污染，是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的重要內(nèi)容。農(nóng)村分散可再生能源開發(fā)利用還將擴大農(nóng)村就業(yè)，增加農(nóng)民收入，為農(nóng)村地區(qū)可持續(xù)發(fā)展開創(chuàng)一條新路。

5 結(jié)束語

分布式電源同配電網(wǎng)并網(wǎng)運行，能夠充分發(fā)揮DG機組的優(yōu)勢，提高能源利用率，減少污染物的排放，降低配電網(wǎng)損耗，提高供電可靠性。目前許多國家和地區(qū)，都提倡分布式電源并網(wǎng)運行，并且制定了相關(guān)的并網(wǎng)規(guī)范。 雖然分布式電源并網(wǎng)還存在許多難題和瓶頸，但是從目前各個國家和地區(qū)分布式電源運行的情況來看，DG機組并網(wǎng)在技術(shù)上是可行的，只要設(shè)備選型得當(dāng)，運行良好，不會影響配電網(wǎng)的安全運行。因此，我國應(yīng)加快DG并網(wǎng)條例的制定，使得分布式電源并網(wǎng)有章可循，從而促進我國的DG項目的快速發(fā)展。