分布式能源發(fā)展及其并網(wǎng)研究

袁文偉

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源消費(fèi)總量的不斷增加，分布式能源的潛在價(jià)值逐漸顯現(xiàn)。文章簡(jiǎn)單介紹了分布式能源的系統(tǒng)概念及其優(yōu)缺點(diǎn)，綜述分布式能源的發(fā)展及應(yīng)用情況現(xiàn)狀，深入分析分布式能源在現(xiàn)階段發(fā)展過(guò)程中遇到的問(wèn)題，特別是并網(wǎng)運(yùn)行的影響并提出相應(yīng)的解決思路。

關(guān)鍵詞：分布式能源；發(fā)電方式；并網(wǎng)；配網(wǎng)

中圖分類號(hào)：F426.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）03-0170-03

1 分布式能源系統(tǒng)

集中式與分布式有機(jī)結(jié)合是21世紀(jì)能源工業(yè)重要發(fā)展方向，新的能源系統(tǒng)將可能影響到人類的生活方式和社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程。相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式供電方式，分布式能源系統(tǒng)是一種建立在用戶端的能源供應(yīng)方式，可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)行，是以資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應(yīng)對(duì)式設(shè)計(jì)和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對(duì)于集中供能的分散式供能方式。

1.1 發(fā)電方式

分布式發(fā)電系統(tǒng)自身的特點(diǎn)決定了它不是采用煤作為一次能源，而是大量采用環(huán)境友善的可再生能源?？梢哉f(shuō)，分布式發(fā)電技術(shù)是與新能源技術(shù)密切相關(guān)的。目前，比較常見的發(fā)電方式有以下幾種。

1.1.1 微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電

微型燃?xì)廨啓C(jī)主要組成部分包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)和數(shù)字電力控制器等，以天然氣、甲烷、汽油、柴油等為燃料，具有高可靠、壽命長(zhǎng)、噪聲低、重量輕、體積小、污染低、油耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種分布式能源方式。

1.1.2 風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，是一種清潔能源。它的輸出功率由風(fēng)能決定。風(fēng)力發(fā)電是目前新能源開發(fā)技術(shù)中最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式。

1.1.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。在使用時(shí)將光伏電池封裝成組件，然后根據(jù)需要將組件串并聯(lián)組成方陣。

1.2 優(yōu) 點(diǎn)

分布式能源系統(tǒng)的最主要優(yōu)點(diǎn)是用在冷熱電聯(lián)產(chǎn)中。但是熱，尤其是冷，不像電能那樣可以較長(zhǎng)距離有效地輸送。因?yàn)榇箅姀S設(shè)址有其自身的要求，一般來(lái)說(shuō)，附近難以有足夠大量合適的冷、熱能用戶，無(wú)法進(jìn)行有效的聯(lián)產(chǎn)。

分布式能源系統(tǒng)卻正好相反，按需就近設(shè)置，可以盡可能與用戶配合好，也沒(méi)有遠(yuǎn)距離輸送冷、熱能的問(wèn)題，大電網(wǎng)的輸電損失問(wèn)題也不存在了。所以，雖然分布式能源系統(tǒng)純動(dòng)力裝置本身效率低、價(jià)錢貴，但可以充分發(fā)揮其聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，保證使用單位的各種二次能源能夠充分利用。

1.3 缺 點(diǎn)

在使用中，對(duì)于分布式的控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多不足，尤其是在供電性能上只能單點(diǎn)供應(yīng)，同時(shí)輸出的功率也較小，比起以往單機(jī)功率在百萬(wàn)千瓦的電源在效能少就略顯劣勢(shì)。因此大機(jī)組單位功率的售價(jià)相比小機(jī)組要低得多，相差近幾倍。大機(jī)組集中在一起，有專門高級(jí)技工運(yùn)行維護(hù)，安全性、工作壽命都應(yīng)該更有保證。所以，要對(duì)純發(fā)電成本和單位初投資作比較，分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)費(fèi)投入要大大高于現(xiàn)在的大電力系統(tǒng)。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)分布式能源發(fā)展在國(guó)家政策的扶植之下，快速實(shí)現(xiàn)了發(fā)展，尤其是在風(fēng)電、光伏、天然氣發(fā)電領(lǐng)域，但是2012年以來(lái)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)增速下降，歐美“雙反”以及經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊之下，可再生能源行業(yè)發(fā)展從快速增長(zhǎng)期進(jìn)入穩(wěn)健增長(zhǎng)階段，市場(chǎng)的增速將從前幾年的30%以上的增長(zhǎng)速度下降至10%左右的增速，同時(shí)在產(chǎn)能過(guò)剩陰影之下的風(fēng)電、光伏行業(yè)，相關(guān)組件的市場(chǎng)價(jià)格將會(huì)保持在相對(duì)低的位置，這對(duì)于分布式能源發(fā)展來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)重要的機(jī)遇。

國(guó)家發(fā)改委在《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》指出，“十二五”期間，我國(guó)將建設(shè)1 000個(gè)左右天然氣分布式能源項(xiàng)目，并擬建設(shè)10個(gè)左右各類典型特征的分布式能源示范區(qū)域。到2020年，在全國(guó)規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5 000 萬(wàn)kW，初步實(shí)現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化。以城市、工業(yè)園區(qū)等能源消費(fèi)中心為重點(diǎn)，大力推進(jìn)分布式能源技術(shù)應(yīng)用，盡快提高分布式供能比重。

截止至2014年10月，廣東省東莞市的分布式電源以太陽(yáng)能光伏發(fā)電為主，機(jī)組容量38 027.56 kW。發(fā)電量基本上在用戶側(cè)被消化掉，相當(dāng)于并網(wǎng)不上網(wǎng)的運(yùn)行模式。東莞市太陽(yáng)能光伏發(fā)電業(yè)主項(xiàng)目具體情況見表1。

3 并網(wǎng)問(wèn)題

一般而言，分布式電源是直接接入配電系統(tǒng)（380 V或10 kV配電系統(tǒng)）并網(wǎng)運(yùn)行或采取獨(dú)立運(yùn)行的方式。分布式發(fā)電的接入對(duì)配電網(wǎng)的供電經(jīng)濟(jì)性和節(jié)點(diǎn)電壓、潮流、短路電流、網(wǎng)絡(luò)供電可靠性等都會(huì)帶來(lái)影響，由此也對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了新要求。

3.1 對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

對(duì)于以往所使用的配電規(guī)劃方案主要是對(duì)于線路負(fù)荷的預(yù)測(cè)，在根據(jù)傳統(tǒng)方式得到的預(yù)測(cè)結(jié)果后，根據(jù)時(shí)間的用電網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行比對(duì)，在選擇最為合理的方式下對(duì)用電規(guī)劃提出方案設(shè)計(jì)，并且在參考用電標(biāo)準(zhǔn)的情況下，能夠達(dá)到用電負(fù)荷的要求，可以將用電的成本控制在最優(yōu)環(huán)境下，這就是初期的配電規(guī)劃方案研究。

鑒于傳統(tǒng)的配電規(guī)劃系統(tǒng)在使用中的不足之處，采用分布式配電模式，利用新技術(shù)的加入對(duì)電網(wǎng)配電效率起到了很大的作用，其中也包括了一些影響因素，包括：

①分布式配電系統(tǒng)主要的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于負(fù)荷情況做出預(yù)測(cè)，在配電系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的情況下分布系統(tǒng)可以進(jìn)行合理的預(yù)測(cè)。但是在使用中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于原有的配電系統(tǒng)使用分布配電的方式，在規(guī)劃中沒(méi)有考慮到負(fù)荷過(guò)大或過(guò)小的情況發(fā)生，使得分布式的預(yù)測(cè)情況不夠全面，在遇到極端條件下，很難有準(zhǔn)確的規(guī)劃預(yù)測(cè)。

②在以往的配電網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于節(jié)點(diǎn)的數(shù)量有明確的規(guī)定，根據(jù)線路荷載的加大，節(jié)點(diǎn)數(shù)也相應(yīng)的調(diào)高，所增加的節(jié)點(diǎn)使得發(fā)電系統(tǒng)受到了很大的限制，在這樣的情況下，利用分布系統(tǒng)的調(diào)試方案會(huì)使得節(jié)點(diǎn)的數(shù)量發(fā)生一定的變化，使得配電方案存在很大的不穩(wěn)定性，也難以在數(shù)據(jù)分析中對(duì)負(fù)荷情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并尋找最優(yōu)的的配合方案。

③在混合型的配電模式中，使用單一的特征模式對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行分析很難有較為全面的判斷，在分布式的供電分析中，找尋最為合理的配置電力系統(tǒng)方式較為困難，簡(jiǎn)單的一種分布方式無(wú)法統(tǒng)籌規(guī)劃多樣的電力配給方案，因此很難解決實(shí)際中供電設(shè)備發(fā)電的問(wèn)題。

3.2 對(duì)網(wǎng)絡(luò)損耗造成的影響

以往的電路計(jì)算配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)的損耗問(wèn)題主要是對(duì)電力負(fù)荷情況進(jìn)行分析，負(fù)荷的指標(biāo)再乘以設(shè)計(jì)規(guī)范中的參數(shù)得到的就是電力的損耗情況，但是這樣的計(jì)算只能是簡(jiǎn)單的估算，無(wú)法達(dá)到精確計(jì)算的目的。使用分布式的配電系統(tǒng)在這個(gè)基礎(chǔ)進(jìn)行了改進(jìn)，不僅通過(guò)負(fù)荷情況進(jìn)行計(jì)算，還對(duì)線路中的電容情況進(jìn)行分析，在拓?fù)涞臈l件下分析出電容的使用情況，并根據(jù)電容計(jì)算出電壓，在單點(diǎn)電源和多點(diǎn)電源共同配合下形成的網(wǎng)絡(luò)式電路。在配電系統(tǒng)的潮流輻射計(jì)算中得到母線流經(jīng)子線的電流拓?fù)淝闆r，并根據(jù)單線的負(fù)荷情況推斷出電流的流向和大小，但是這種辦法也不能完全得到準(zhǔn)確的結(jié)果，在預(yù)測(cè)中數(shù)據(jù)的變動(dòng)很難推斷出，得出的線路損耗結(jié)果是在一個(gè)線路負(fù)荷區(qū)間當(dāng)中進(jìn)行參考。

3.3 對(duì)電容保護(hù)系統(tǒng)造成的影響

使用分布式的電力控制系統(tǒng)會(huì)使得電容中電壓值發(fā)生變化，直接導(dǎo)致電容的保護(hù)作用發(fā)生變化，其中表現(xiàn)最為明顯的有以下幾個(gè)方面：

①電壓的變化過(guò)快，會(huì)使得電容內(nèi)部的反應(yīng)裝置無(wú)法正常的使用，直接導(dǎo)致繼電系統(tǒng)無(wú)法起到靈敏保護(hù)的效果，甚至?xí)霈F(xiàn)不報(bào)錯(cuò)的情況發(fā)生，這樣在線路中就起不到過(guò)載和欠載保護(hù)的效果。同時(shí)分布式控制系統(tǒng)會(huì)使得流經(jīng)繼電系統(tǒng)的電流過(guò)小，繼電裝置沒(méi)有達(dá)到額定的電壓時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)行自動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得繼電保護(hù)無(wú)法正常的工作，也不能在線路發(fā)生事故的過(guò)程中及時(shí)將電流進(jìn)行切斷。

②最為嚴(yán)重的情況是在使用分布式的控制系統(tǒng)，在沒(méi)有足夠的電流流經(jīng)繼電器時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，一旦出現(xiàn)誤動(dòng)作時(shí)，相關(guān)的節(jié)點(diǎn)就會(huì)將電源坐在的控制裝置進(jìn)行放電處理，再次導(dǎo)致電源的誤動(dòng)作發(fā)生。

③對(duì)于電網(wǎng)的故障分析能力會(huì)有所提高，在使用分布式的控制系統(tǒng)中，所使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)發(fā)生了變化，在信號(hào)的波幅也相應(yīng)的增大，可以明顯的反應(yīng)出線路的故障情況，在很大的程度上起到了降低線路故障發(fā)生的可能性，同時(shí)容量較大的繼電裝置可以控制出現(xiàn)較大電壓的情況發(fā)生。

④在利用分布式的控制系統(tǒng)中，停電的范圍會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)大，在非合同的情況下一旦出現(xiàn)了系統(tǒng)因?yàn)楣收咸l保護(hù)發(fā)生，出現(xiàn)停電的區(qū)域?qū)⒆兊酶?，分布式控制電源?huì)出現(xiàn)停止工作的情況，并將電力線路中過(guò)大的電路進(jìn)行控制，從而發(fā)生誤動(dòng)作保護(hù)。從此所進(jìn)行的跳閘處理在短期內(nèi)無(wú)法在進(jìn)行正常的供電，重新處理繼電裝置線路才能恢復(fù)正常的使用。

3.4 對(duì)配電線路效率的影響

在分布式的控制系統(tǒng)運(yùn)用于配網(wǎng)中，對(duì)于配網(wǎng)的輸送電能效率也會(huì)發(fā)生一定的影響，其中主要包含以下兩個(gè)方面：

①在以往的電力配電網(wǎng)絡(luò)輸送中，線路的輸送效率和電路負(fù)荷成正相關(guān)，同時(shí)負(fù)荷越大所造成的電壓波動(dòng)越大，線路中的無(wú)功補(bǔ)償方案與分布式控制相互配合，在線路電壓出現(xiàn)過(guò)大時(shí)，負(fù)荷在配電中處于較大的水平，使得電壓的波動(dòng)更為明顯，直接導(dǎo)致輸送效能的降低。同時(shí)在分布式控制系統(tǒng)中電源的使用情況發(fā)生了改變，也會(huì)對(duì)整體的電壓情況造成影響，其中影響包括：

其一，在對(duì)分布式電力控制的電源調(diào)試過(guò)程中，負(fù)載的調(diào)試運(yùn)行發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)電源的輸出電壓大于負(fù)載電壓時(shí)，電流就會(huì)相依的降低，使得繼電裝置在電壓的控制下降低波動(dòng)，從而形成較為穩(wěn)定的分布式電源模式。

其二，運(yùn)行中出現(xiàn)分布控制裝置不能和負(fù)載共同使用，當(dāng)分布電力設(shè)備中功率發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)對(duì)負(fù)荷造成一定的干擾，電源的電壓發(fā)生較大的波動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)閃變和斷路的情況發(fā)生，嚴(yán)重影響輸電線路的穩(wěn)定性。

②產(chǎn)生諧波。在分布式的控制方式下，會(huì)使得電路產(chǎn)生諧波效應(yīng)，在電源電壓轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，由于波動(dòng)情況較為嚴(yán)重，電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，輸電也呈現(xiàn)間歇性。同時(shí)分布式的電源采用的的電子操控設(shè)備，在電路附近會(huì)產(chǎn)生電子干擾現(xiàn)象，導(dǎo)致電路的波形發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化。以電路機(jī)組為例，在交換電壓的環(huán)境下，電路中產(chǎn)生的諧波使得電路的電流發(fā)生紊亂，電路機(jī)組中的功率也會(huì)呈現(xiàn)不均勻的變化，最終導(dǎo)致機(jī)組不穩(wěn)定。

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