分布式發(fā)電技術(shù)及其并網(wǎng)后問題及解決對策

王亮（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗所，四川 成都 610016）

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分布式發(fā)電技術(shù)及其并網(wǎng)后問題及解決對策

王亮（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗所，四川 成都 610016）

對分布式發(fā)電技術(shù)的概念和優(yōu)勢做了簡要論述，介紹了其在國內(nèi)外的發(fā)展狀況。指出其并網(wǎng)后會存在對電網(wǎng)規(guī)劃、電能質(zhì)量和使繼電保護裝置誤動作的問題，并指出了特有的孤島效應，再對這些問題提出了相應的解決對策，最后總結(jié)未來分布式發(fā)電憑由于其環(huán)保性、經(jīng)濟性會有巨大的發(fā)展前景。

分布式發(fā)電；并網(wǎng)；問題；解決對策

1　引言

當今社會能源問題成為一個重要的社會問題，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、清潔能源的開發(fā)都亟需解決。一個顯著的特征是人們?nèi)找鎻娬{(diào)清潔能源的應用。而電力作為現(xiàn)代社會發(fā)展的動力，如何改變電力來源結(jié)構(gòu)，使得電網(wǎng)采用清潔高效能源已經(jīng)成為電力企業(yè)與相關(guān)研究者的一個重要課題。分布式發(fā)電以小規(guī)模、分散式的方式布置在用戶附近，可獨立為用戶供應電能。分布式發(fā)電以其靈活、高效性受到廣泛關(guān)注，將分布式發(fā)電與大電網(wǎng)相結(jié)合，可以改善能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。然而，大量的分布式電源接入也給電網(wǎng)帶來了一些新的問題有待解決，如含分布式電源的配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題、繼電保護問題、孤島問題等。

2　分布式發(fā)電技術(shù)的概念與優(yōu)勢

2.1 分布式發(fā)電技術(shù)的概念

分布式發(fā)電（DISTRIBUTED GENERATION，DG）是指功率從幾十kW到幾百kW模塊式的、分布在負荷附近的清潔環(huán)保發(fā)電設施，能夠經(jīng)濟、高效、可靠地發(fā)電。其一次能源包括太陽能、風能、生物質(zhì)能、地熱能等可再生能源。

2.2 分布式發(fā)電與傳統(tǒng)集中式的發(fā)電相比的優(yōu)勢

2.2.1 與用戶距離貼近

作為一項新型發(fā)電模式，分布式發(fā)電的一個強大的優(yōu)勢在于能夠靠近用戶終端，還可以獨立、專門地為居民供電。對于一些偏遠地區(qū)以及難以進行大規(guī)模電力基礎作業(yè)的地區(qū)來說，是一個有效解決供電難題的措施，對于用電困難的群體來說也是一個福音。

2.2.2 面向個人，裝機容量小

分布式發(fā)電系統(tǒng)一般容量較小，從幾千瓦到幾百上千千瓦，實現(xiàn)并網(wǎng)運行。

2.2.3 具有突出的經(jīng)濟優(yōu)勢

建設大型發(fā)電廠一般投資巨大，并且建設時間長。分布式發(fā)電系統(tǒng)一般只需幾個月時間，且投資也少很多。另外，由于與用戶距離近，可以進一步的減少網(wǎng)損。

2.2.4 供電可靠性高，電能質(zhì)量好

由于分布式發(fā)電系統(tǒng)既可以并網(wǎng)運行，又可以單獨運行，在電網(wǎng)出現(xiàn)停電事故時，可以及時將其與電網(wǎng)隔離，以實現(xiàn)不間斷供電。

2.2.5 污染小，更環(huán)保

分布式發(fā)電所用能源為風能、水能、天然氣、沼氣以及太陽能等新型清潔能源，因而相對火力發(fā)電所造成的污染要小很多。

3　分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和目前我國電網(wǎng)并入的相關(guān)規(guī)定

3.1 分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

目前這種發(fā)電模式發(fā)展較為完善、迅速的國家以美國為首。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來看，美國已建成六千余所分布式電站。美國分布式發(fā)電發(fā)展迅速的原因一方面由于其天然的能源結(jié)構(gòu)，其中部以煤電為主，西部太平洋沿岸則以水電為主，南部濱海以天然氣發(fā)電為主；另一方面美國有相關(guān)政策的支持，允許分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行和向電網(wǎng)售電，確立了支持可再生能源項目的方法，一些州還確立了包括補助方案競爭性招標程序和面向消費者的融資方案等可再生能源分布式發(fā)電政策；還有一個優(yōu)勢即美國的渦輪技術(shù)等分布式電站的核心科技較為發(fā)達，燃料電池的研究也有長足進展。科技領域的優(yōu)勢使得美國分布式電站的發(fā)展也占據(jù)了先機。

中國發(fā)展分布式電站的一個重要優(yōu)勢就是中國有著豐富的風能、太陽能?！笆濉币?guī)劃綱要就曾明確提出，促進分布式能源系統(tǒng)的推廣應用。隨后《分布式發(fā)電管理辦法》的出臺，就明確指出將通過資金補貼、多余電網(wǎng)向電網(wǎng)出售、賦予投資方電網(wǎng)設施產(chǎn)權(quán)等措施大力刺激分布式能源發(fā)展。

在今年提出的“十三五”規(guī)劃綱要中，提出了要推動低碳循環(huán)發(fā)展：要推進能源革命，加快能源技術(shù)創(chuàng)新，建設清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系；要提高非化石能源比重，推動煤炭等化石能源清潔高效利用；強調(diào)了加強儲能和智能電網(wǎng)建設，發(fā)展分布式能源，推行節(jié)能低碳電力調(diào)度。同時，“十三五”規(guī)劃綱要還指出：強化電力統(tǒng)一規(guī)劃，通過構(gòu)建高效能源傳輸平臺，利用傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的可調(diào)控性、靈活性來彌補清潔能源的間歇性、波動性，實現(xiàn)“橫向多能源互補優(yōu)化”，形成多元化、集中式與分布式相協(xié)調(diào)、協(xié)同互動的電力能源供應體系，克服單一區(qū)域、單一類型新能源出力波動；合理安排清潔能源發(fā)電與傳統(tǒng)燃煤發(fā)電的組合優(yōu)化，基于最大限度利用清潔能源的基本目標來配備燃煤發(fā)電機組的調(diào)峰容量，實現(xiàn)各能源體之間的相互協(xié)調(diào)配合，促進清潔能源電力的高效外送和消納。

3.2 目前我國電網(wǎng)并入的服務意見簡介與分析

（1）主動為此項技術(shù)的發(fā)展提供便利，給予分布式發(fā)電系統(tǒng)介入整個電網(wǎng)的渠道，并且支持其納入電網(wǎng)內(nèi)。

（2）對于用電者自己所建立的分布式電站，電力產(chǎn)能可以自己分配，可以接入電網(wǎng)、自用或兼有。電力產(chǎn)能不能滿足用戶需要可以由由國家電網(wǎng)補充；用戶多余電力產(chǎn)能傳入國家電網(wǎng)也有專門政策補貼。

（3）分布式電源項目工程設計和施工建設應符合國家相關(guān)規(guī)定，并網(wǎng)點的電能質(zhì)量應滿足國家和行業(yè)相關(guān)標準。

（4）分布式光伏發(fā)電、風電項目不收取系統(tǒng)備用容量費，其他分布式電源項目執(zhí)行國家有關(guān)政策。

（5）電力公司會為分布式電站提供相關(guān)服務以保證用戶利益，所接受的國家專項撥款也要及時到位，補助使用分布式電站的個體。

4　分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)

分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)會對原有配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡潮流產(chǎn)生影響，并使整個網(wǎng)絡的運行、控制和繼電保護更加復雜。因此上述問題是分布式發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展所面臨的主要困難。

4.1 改變電網(wǎng)布局的分析

分布式電站并網(wǎng)后，對于原先的負荷增長模式會產(chǎn)生一些影響。這種影響會導致供電企業(yè)對于轄區(qū)內(nèi)的電網(wǎng)負荷的判斷產(chǎn)生誤差，進而引起問題甚至事故。而供電企業(yè)對于電網(wǎng)的布局、劃分與設計是以負荷預測為重要指標的，如果對負荷增長的量的估計不準確，對于區(qū)域內(nèi)電路分布與電網(wǎng)規(guī)劃必然產(chǎn)生負面影響。

4.2 影響繼電保護形式

以我國目前的電網(wǎng)狀態(tài)分析，很大一部分電站以限時速斷為保護電網(wǎng)安全的方式。而相當大比例的電站是單體放射結(jié)構(gòu)，缺乏傳輸方向。雖然這種成熟的保護方式能促使電網(wǎng)線路正常工作，但是新的發(fā)電系統(tǒng)并進整個電網(wǎng)后，新的功率值會改變繼電保護的反映數(shù)值，一個誤讀就會導致電網(wǎng)運行事故的發(fā)生，更不用說并入主電路后分線路一旦出現(xiàn)故障，對于分布式電站系統(tǒng)的正常運行也產(chǎn)生不良反應。

4.3 對電能質(zhì)量的影響

隨著近些年來電力電子器件的快速發(fā)展，采用逆變器接入電網(wǎng)成為分布式電源接入電網(wǎng)的主要手段，相比傳統(tǒng)的通過同步發(fā)電機、異步發(fā)電機接入電網(wǎng)，采用逆變器入網(wǎng)方式的電力系統(tǒng)受浪涌傳播影響要大的多。

分布式電源接入電網(wǎng)后，有可能改變原先系統(tǒng)潮流方向，使某些用戶電壓升高，也有可能影響電壓降落補償裝置的測量，使補償裝置補償電壓未達到目標電壓要求，從而使電壓更低。

那些由電力電子裝置接入電網(wǎng)分布式發(fā)電系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的諧波，嚴重影響電能質(zhì)量，因此在安裝分布式電源裝置之前需要估算其產(chǎn)生的諧波多少，以安裝相應的諧波過濾裝置，保證電能質(zhì)量。

4.4 對繼電保護裝置的影響

作為一個系統(tǒng)，局部改變必然導致整體變化，分布式發(fā)電系統(tǒng)接入整個電網(wǎng)后也會影響繼電保護，但整體影響不大。美國可再生能源國家實驗室曾做過關(guān)于分布式發(fā)電與配電網(wǎng)絡之間的交互影響的研究表明：結(jié)果表明當發(fā)生單相和三相故障時，以逆變器方式接入的分布式電源對短路電流的貢獻很小，一般短路是發(fā)生在主網(wǎng)的，分布式電站的短路影響比較小。

4.5 孤島效應

孤島效應在這里指分布式發(fā)電由于缺乏合理調(diào)配可能出現(xiàn)供需不平衡現(xiàn)象，且孤島電網(wǎng)沒有電壓頻率控制，其特性是不可預知的。但近幾年的研究表明，當大量分布式電源接入電網(wǎng)后，只要采取適當?shù)目刂拼胧?，發(fā)生孤島的概率是很低的，因此孤島問題不會成為分布式電源接入電網(wǎng)的一個技術(shù)障礙。就目前技術(shù)來看，成熟應用的路上還有很多問題亟需解決。

5　提升分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運行效果的應對措施

5.1 健全新技術(shù)的標準與規(guī)范

一個符合實際情況的標準建立健全，是需要長期研究與實踐后，通過有效的參數(shù)與反應出的控制特性，以及其他各類實踐體現(xiàn)的物理實際情況作為支撐的。一個新技術(shù)的有效應用必然要以一個溫和地符合現(xiàn)有具體實際的情況下逐步采用。所以，對于新技術(shù)的電壓穩(wěn)定性、電力質(zhì)量等一系列指標，都需要檢驗后才能接入電網(wǎng)使用，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定。

5.2 對電壓波動作有效分析計算

一般情況是，并入的電網(wǎng)功率較小時，并網(wǎng)點的選擇就要慎重，電壓也要控制。電網(wǎng)電壓的波動情況，一般是電站功率的波動引起的。然而這類波動對于并網(wǎng)有著重大影響，所以要有一個科學的計算方法，這就需要區(qū)分電壓波動來源于電網(wǎng)的哪一部分等情況，并采用全網(wǎng)頻域分析法，通過各類收集的實時可用數(shù)據(jù)進行科學計算并得出結(jié)論。

5.3 重視監(jiān)控并升級軟件

新技術(shù)的使用由于其并網(wǎng)的負面影響需要有效控制，所以有效的監(jiān)控環(huán)境是必不可少的。所接入的電網(wǎng)由于單體結(jié)構(gòu)較簡單，電網(wǎng)信息的收集也十分容易。但是分布式電站的接入使得電網(wǎng)變得復雜，問題出現(xiàn)的可能性增加。相應地需要監(jiān)控的內(nèi)容也增加了不少，需要協(xié)調(diào)的情況也會變多。不僅是電網(wǎng)反映的信息復雜多變，而且由于電網(wǎng)的電流流向可能因為不同分布式電站的接入以及其電能的流向有進有出，變?yōu)榱穗p向電流。這就使得電能的計量變得更加復雜，整個計量系統(tǒng)都需要改進。

5.4 更新計量方式，保證雙向電流流量的準確計量

分布式電站的接入使得電網(wǎng)從單向的輸送變?yōu)橛休斔陀薪邮埽娋W(wǎng)的功率、電流流量都會變?yōu)殡p向性。一般體現(xiàn)在，當用戶采用的分布式電站電能產(chǎn)量不足以滿足使用實際時，就需要電網(wǎng)供給補缺；而電能充裕時則可能會將多余電能輸送給電網(wǎng)，以避免浪費。這種實際就使得電網(wǎng)與分布式電站的電能產(chǎn)生了雙向流動。但是如今我國的電力統(tǒng)計與計費，仍然是單向計量，對于雙向電能的測算與計量根本沒有辦法滿足。新型電力模式想要普及就必然要解決這一問題?，F(xiàn)在已有雙向的計量裝置，對于流入流出的電量都有分別的統(tǒng)計。一旦大規(guī)模應用有利于新供電模式的普及。

6　結(jié)束語

總而言之，分布式發(fā)電技術(shù)并網(wǎng)作為新一代發(fā)電技術(shù)，具有巨大的發(fā)展空間，為此完善配電網(wǎng)的設計，做出合理的規(guī)劃營運和控制措施適應分布式發(fā)電的發(fā)展是主要任務。雖然目前分布式發(fā)電并網(wǎng)還存在一定的問題，但由于分布式電源所具有的節(jié)能、環(huán)保、投資少、占地小的特點使其與傳統(tǒng)集中式發(fā)電系統(tǒng)的比較中占據(jù)巨大優(yōu)勢，雖然目前我國主要還以集中式供電為主，但隨著能源的短缺和環(huán)境壓力的增加，分布式發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的采用一定越來越普遍，甚至有可能成為主流的發(fā)電并網(wǎng)模式。

［1］曾 琦，李興源，王 建.分布式電源接入電力系統(tǒng)的問題研究［A］. 2014中國電力系統(tǒng)保護與控制學術(shù)研討會論文集［C］.2014：568～571.

［2］魏曉霞，劉士瑋.國外分布式發(fā)電發(fā)展情況分析及啟示［J］.能源技術(shù)經(jīng)濟，2014，9（22）：58～65.

［3］李 黎.分布式發(fā)電技術(shù)及其并網(wǎng)后的問題研究［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2013，26（2）：55～59.

王 亮（1975-），男，漢族，工程師，本科，主要從事電站調(diào)試及性能試驗相關(guān)技術(shù)及管理工作。

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2095-2066（2016）07-0034-02

2016-2-16