分布式光伏發(fā)電在智能電網(wǎng)中的作用分析

陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司 賈國(guó)征

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分布式光伏發(fā)電在智能電網(wǎng)中的作用分析

陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司 賈國(guó)征

【摘要】本文通過(guò)概念介紹，了解分布式光伏發(fā)電的具體內(nèi)容，再通過(guò)分析分布式光伏發(fā)電與智能電網(wǎng)的關(guān)系，其對(duì)智能電網(wǎng)的作用，探索智能電網(wǎng)內(nèi)有效控制分布式光伏發(fā)電的具體措施和方法。

【關(guān)鍵詞】分布式；光伏發(fā)電；智能電網(wǎng)；作用；措施分析

1　分布式光伏發(fā)電的概述

分布式發(fā)電最早出現(xiàn)于1978年美國(guó)公共事業(yè)管理政策法，其定義為分布在配電網(wǎng)或負(fù)荷附近的發(fā)電設(shè)施。分布式發(fā)電電源主要包括太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等，發(fā)電規(guī)模普遍較小，且多靠近用戶，可直接向符合供電，或根據(jù)用戶需要近距離輸出電能。

與傳統(tǒng)模式相比分布式發(fā)電具有獨(dú)特性：可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、環(huán)保性。分布式電源多采用中小型或微型電池組，操作方便，且相互獨(dú)立，不易發(fā)生大規(guī)模供電事故；靠近用戶，可直接就近向用戶供電，節(jié)省了遠(yuǎn)距離運(yùn)輸帶來(lái)的電力損耗；建設(shè)周期短，見(jiàn)效快，投資少，能夠靈活配置各項(xiàng)資源；分布式電源多為可再生的清潔能源，更加綠色環(huán)保。

2　分布式光伏發(fā)電在智能電網(wǎng)中的作用

2.1分布式光伏發(fā)電的削峰填谷作用

以下是以某地區(qū)應(yīng)用分布式光伏發(fā)電時(shí)進(jìn)行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。下圖分別是該地區(qū)7月份某日光照強(qiáng)度變化曲線與光伏陣列輸出功率曲線。

對(duì)比兩圖可以發(fā)現(xiàn)，光伏陣列輸出的功率與當(dāng)日光照強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致，光伏供電電力剛好集中在下午12：00到下午4：00左右，可以直接供應(yīng)給負(fù)載，降低總電網(wǎng)的電能消耗。

2.2分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的影響

光伏電力并入總電網(wǎng)，對(duì)配電網(wǎng)的影響：1）隨著分布式光伏發(fā)電的發(fā)展和普及，現(xiàn)有近25%的居民用戶裝有一個(gè)屋頂光源電池，這一普及率在未來(lái)還會(huì)繼續(xù)上升；2）負(fù)荷高峰時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以為負(fù)荷承擔(dān)部分供電任務(wù)，或直接接入到智能電網(wǎng)中去。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與總電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)，能夠有效穩(wěn)定線路電壓，增加電力供應(yīng)能力。

2.3分布式光伏發(fā)電對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓及線路負(fù)載率的影響

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在接入系統(tǒng)后，并不會(huì)引起節(jié)點(diǎn)電壓的大幅變化，總電網(wǎng)的電壓能夠保持穩(wěn)定，但分布式光伏供電系統(tǒng)的加入能夠有效緩解線路負(fù)載。尤其在用電高峰時(shí)，分布式光伏發(fā)電，通過(guò)自身的靈活性、經(jīng)濟(jì)性，為更多居民提供更穩(wěn)定和便捷的電力服務(wù)。

3　智能電網(wǎng)技術(shù)在分布式光伏發(fā)電中的應(yīng)用

3.1分布式光伏發(fā)電與智能電網(wǎng)結(jié)合的必要性

分布式光伏發(fā)電能夠靈活接入配電網(wǎng)，與總電網(wǎng)構(gòu)成微網(wǎng)共網(wǎng)系統(tǒng)，既能夠與主網(wǎng)進(jìn)行配合，進(jìn)行負(fù)載供電，又能夠在與主網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)運(yùn)行孤島模式進(jìn)行自治。接入配電點(diǎn)系統(tǒng)后，可以保持自身發(fā)電和供電的獨(dú)立性，甚至不參與自動(dòng)發(fā)電控制。但分布式光伏發(fā)電電源并入總電網(wǎng)中，也需要新型的保護(hù)方案、智能檢測(cè)儀表、電壓控制措施等，對(duì)傳統(tǒng)單向、放射性潮流配電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)區(qū)別明顯，就在于其能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)功能的有機(jī)融合和科學(xué)配置。通過(guò)支持分布式光伏供電系統(tǒng)接入電網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的“即發(fā)即用”的智能控制。同時(shí)智能智能電網(wǎng)的虛擬電廠，能夠?qū)⒎植际诫娫磁c現(xiàn)有電力系統(tǒng)進(jìn)行整合，有效吸引分布式電源參與負(fù)荷設(shè)備電力供應(yīng)的需求，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)電能的有效調(diào)度和管理。

3.2智能電網(wǎng)技術(shù)在分布式光伏發(fā)電中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)技術(shù)正處于高速發(fā)展時(shí)期，相關(guān)研究項(xiàng)目包括穩(wěn)定和控制電網(wǎng)，分布式發(fā)電技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，電能質(zhì)量與用電安全等多個(gè)方面。歐洲、日本、美國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的創(chuàng)新和研發(fā)極為重視，在2009年歐盟明確提出智能電網(wǎng)技術(shù)與風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究，并出現(xiàn)了專門的研究團(tuán)隊(duì)。還有法國(guó)、丹麥、日本等國(guó)，都將智能電網(wǎng)與大規(guī)模輸電、分布式光伏發(fā)電等各種相應(yīng)項(xiàng)目進(jìn)行了研究。我國(guó)在“十一五”期間就已經(jīng)提出了光伏電站系統(tǒng)的建設(shè)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，對(duì)比全球光伏發(fā)電市場(chǎng)，我國(guó)光伏發(fā)電總量一直保持前列位置，2014年我國(guó)裝機(jī)電量10.64吉瓦，居世界第一位，累計(jì)裝機(jī)電量28.38吉瓦，居世界第二。

3.3 智能電網(wǎng)中分布式電源的控制方法

3.3.1基于電力電子技術(shù)的“即插即用”控制

分布式發(fā)電電源并入主網(wǎng)后，需要在保證電能質(zhì)量的前提下進(jìn)行協(xié)調(diào)控制和能量管理。智能電網(wǎng)對(duì)分布式發(fā)電單元的控制主要由系統(tǒng)與各分布式發(fā)電單元間的相互作用性質(zhì)決定。電力電子耦合的分布式發(fā)電單元的特點(diǎn)有兩個(gè)：1）能夠通過(guò)接口轉(zhuǎn)換器快速反應(yīng)；2）控制分布式發(fā)電單元內(nèi)部短路電流，減少故障幾率?；陔娏﹄娮蛹夹g(shù)的分布式發(fā)電單元，主要由電壓/頻率或有功無(wú)與功控制控制。而基于帶有下垂特性的 V/f 控制，能實(shí)現(xiàn)在負(fù)荷功率變化時(shí)，不同分布式電源之間的變化功率的共享，并在分布式發(fā)電單元發(fā)生“孤島”現(xiàn)象時(shí)為智能電網(wǎng)提供頻率支撐。

3.3.2基于功率管理系統(tǒng)的控制

基于電力電子耦合分布式電源提出的控制辦法，采用了不同控制模塊分別對(duì)有功、無(wú)功進(jìn)行的控制，可以滿足了微網(wǎng)的多種控制要求。在功率平衡的調(diào)整過(guò)程中，基于頻率下垂特征的基礎(chǔ)上，加入頻率恢復(fù)算法，才能很高的滿足對(duì)頻率質(zhì)量的要求。而針對(duì)分布式發(fā)電單元中無(wú)用功進(jìn)行研究，提出了三種不用控制辦法：1）防治預(yù)先設(shè)定的V-Q特性終端電壓產(chǎn)生偏離；2）調(diào)整負(fù)載總線電壓；3）分布式發(fā)電單元多接母線做出無(wú)功補(bǔ)償。但在功率不可調(diào)整的分布式發(fā)電單元就無(wú)法應(yīng)用這種調(diào)控方式。而且本次僅就基于電力電子技術(shù)的分布式光伏發(fā)電單元做出討論，對(duì)其供電能力、控制都基于其所在位置的信號(hào)。

3.3.3基于多代理系統(tǒng)的控制

現(xiàn)代智能電網(wǎng)，自動(dòng)化配電系統(tǒng)的具體控制功能包括：1）控制負(fù)責(zé)檢測(cè)系統(tǒng)的電壓和頻率，對(duì)電網(wǎng)故障進(jìn)行處理，主網(wǎng)沒(méi)有電力供應(yīng)時(shí)，經(jīng)信號(hào)傳遞，主斷路器對(duì)分布式發(fā)電單元進(jìn)行隔離；分布式光伏電源通過(guò)存儲(chǔ)大量能量信息，線路有用功率，分布式能源可用性等；3）通過(guò)智能電網(wǎng)對(duì)多代理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息的監(jiān)測(cè)，控制預(yù)設(shè)的符合狀態(tài)；4）數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的系統(tǒng)信息與三種以上的分布式光伏發(fā)電電源之間的數(shù)據(jù)和信息，并未用戶提供更多信息接入口。各個(gè)代理之間通過(guò)TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)方服務(wù)器名稱和IP地址進(jìn)行識(shí)別。

智能控制中心通過(guò)指示控制分布式發(fā)電單元兩種模式的切換，但控制中心難以立刻發(fā)出控制指令，這時(shí)儲(chǔ)能型的分布式發(fā)電單元將會(huì)自動(dòng)切換至電壓/頻率控制，并維持電壓和頻率穩(wěn)定，再通過(guò)代理將狀態(tài)反饋給智能電網(wǎng)的控制中心。而控制中心在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需要將這類分布式發(fā)電進(jìn)行設(shè)定，起到對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的支撐作用。而對(duì)非儲(chǔ)能型分布式發(fā)電單元多采用定功率控制，通過(guò)代理修改和控制參考功率的定值實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式發(fā)電單元能量的管理。這種方法兼顧了分布式發(fā)電單元的電能質(zhì)量控制與電量管理要求，將集中管理與分散獨(dú)立運(yùn)行相互融合，通過(guò)多種代理技術(shù)監(jiān)控各分布式電源、負(fù)荷設(shè)備、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等，通過(guò)計(jì)算對(duì)分布式發(fā)電代理做出優(yōu)化指令。通過(guò)這種方式，更便捷地獲取智能電網(wǎng)的信息、分析系統(tǒng)穩(wěn)定性，并對(duì)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

［1］康海云，杭乃善，盧橋，詹厚劍，康海兵，成煜，蘇毅.分布式光伏發(fā)電在智能電網(wǎng)中的作用分析［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2013（10）.

作者簡(jiǎn)介：

賈國(guó)征（1974-），男，陜西韓城人，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司。