淺析分布式能源接入智能配電網(wǎng)技術(shù)

朱文燦

摘 要：隨著近年來國(guó)家節(jié)能減排發(fā)展理念的提出，不同領(lǐng)域的人們都在積極探索更有利于生態(tài)良性循環(huán)的生產(chǎn)生活方式。傳統(tǒng)大電網(wǎng)的發(fā)電局限性較大，逐漸取而代之的分布式發(fā)電立足于新能源技術(shù)研究，具有十分顯著的優(yōu)點(diǎn)。文中簡(jiǎn)述了電網(wǎng)系統(tǒng)中分布式能源的相關(guān)概念，闡明了優(yōu)缺點(diǎn)，突出分析了分布式能源并入智能配電網(wǎng)產(chǎn)生的技術(shù)影響。

關(guān)鍵詞：分布式能源；智能配電網(wǎng)；并網(wǎng)運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

伴隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的大電網(wǎng)供電模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的能源需求，也無法確保電網(wǎng)輸出輸入的質(zhì)量與安全性。為解決這樣的單一供電弊端，分布式發(fā)電開始被廣泛提倡和應(yīng)用。當(dāng)然，作為一項(xiàng)新興能源技術(shù)，分布式發(fā)電能源從探索研究到真正的全面推廣應(yīng)用尚且需要更多的檢驗(yàn)，也需要人們正視其優(yōu)缺點(diǎn)，科學(xué)認(rèn)識(shí)分布式能源在并入主電網(wǎng)后產(chǎn)生的系列影響。

1.分布式能源發(fā)電概述

1.1 基本概念

分布式發(fā)電，是指為滿足特定的電網(wǎng)用戶需求，在其就近點(diǎn)裝設(shè)較小功率的發(fā)電機(jī)組，靠穩(wěn)定發(fā)電維護(hù)電網(wǎng)。不同于傳統(tǒng)的大電網(wǎng)發(fā)電，分布式發(fā)電并沒有使用煤、石油、天然氣等能源，而是大量運(yùn)用符合國(guó)家節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)的新型可循環(huán)再生能源。當(dāng)前，人們較為熟悉的分布式發(fā)電方式為：燃料電池、小型燃?xì)廨啓C(jī)、小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電，小型風(fēng)力發(fā)電，這些清潔能源必能成為未來更加重要的發(fā)電能源。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

傳統(tǒng)的大電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，首先對(duì)于選址要求十分嚴(yán)格，待建區(qū)域內(nèi)往往未出現(xiàn)足夠數(shù)量的冷熱能應(yīng)用對(duì)象，這樣就降低了聯(lián)產(chǎn)的可能性。而分布式能源系統(tǒng)在冷能、熱能、電能三方的聯(lián)產(chǎn)效應(yīng)中表現(xiàn)突出。整個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)嶋H降低傳輸電能所產(chǎn)生的消耗問題，這主要得益于分布式選擇的用戶都是就近分布的，不存在遠(yuǎn)距離傳輸能量的缺陷。

當(dāng)然，分布式能源系統(tǒng)的缺點(diǎn)也較為突出。通常在應(yīng)用過程中，控制分布式電力系統(tǒng)需要注重在傳輸供電時(shí)的單點(diǎn)單行性，而且系統(tǒng)的傳輸功率也相對(duì)變小，嚴(yán)重低于大功率機(jī)組的普通功率，整體上體現(xiàn)了效能低但售價(jià)高的特點(diǎn)。分布式能源還存在一個(gè)不足，就在因機(jī)組的分散性增加，對(duì)于專業(yè)維護(hù)方面消耗等大，在純發(fā)電成本上其產(chǎn)生的資金更多。

2.分布式能源接入智能配電網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)影響

眾多分布式能源發(fā)電后直接并入到當(dāng)?shù)氐呐潆娤到y(tǒng)，如10kV高壓配電系統(tǒng)后，采用獨(dú)立運(yùn)行或并網(wǎng)運(yùn)行的方式可以形成分布式電源。一旦分布式能源發(fā)電并入到智能配電網(wǎng)中，必然會(huì)在技術(shù)上形成諸多影響，需要人們?cè)谌粘Ｒ?guī)劃和應(yīng)用中加以重視，積極研究解決。

2.1 影響配電網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)規(guī)劃

通常，供電部門重點(diǎn)針對(duì)配電傳輸線路的負(fù)載所提出的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，執(zhí)行中較為繁瑣。傳統(tǒng)規(guī)劃方案中，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生后會(huì)與按不同時(shí)間軸形成的不同用戶用電方案進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)用科學(xué)方式對(duì)用電進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，根據(jù)有關(guān)用電規(guī)范，一旦方案設(shè)計(jì)達(dá)到線路的符合要求，并能實(shí)現(xiàn)用電成本處于最低水平，這樣的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃才算合理有效。

分布式能源系統(tǒng)的配電規(guī)劃，因新技術(shù)的引進(jìn)和優(yōu)化，極大地穩(wěn)定和提升了電網(wǎng)的配電效率，對(duì)于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)劃造成了一定的影響。

2.1.1 系統(tǒng)預(yù)測(cè)不夠全面

雖然分布式系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娤到y(tǒng)的負(fù)荷情況做出積極預(yù)測(cè)，并且確保配電不穩(wěn)時(shí)能夠展開可行性預(yù)測(cè)，但是經(jīng)過大量實(shí)踐能夠發(fā)現(xiàn)，分布配電的方式應(yīng)用后，并沒有對(duì)配電規(guī)劃的負(fù)荷激增或銳減情況進(jìn)行具體地考慮，一旦出現(xiàn)突發(fā)性的極端條件，則系統(tǒng)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性嚴(yán)重不足，規(guī)劃能力大打折扣。

2.1.2 節(jié)點(diǎn)數(shù)量控制不力

傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)在規(guī)劃時(shí)就對(duì)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，如果整個(gè)輸送線路上負(fù)載加重，則整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)會(huì)因節(jié)點(diǎn)數(shù)的迅速增加受到運(yùn)行約束。而分布式系統(tǒng)的規(guī)劃中對(duì)節(jié)點(diǎn)的處理并不明確，數(shù)量的改變較為頻繁，這樣就讓配電方案存在隱患，因難以穩(wěn)定從而喪失了準(zhǔn)確的負(fù)載預(yù)測(cè)分析，也就無法找到最佳的規(guī)劃方案。

2.1.3 電力配給方案規(guī)劃不足

如果供電系統(tǒng)采用多種能源的混合發(fā)電，則僅靠傳統(tǒng)的集中化單一模式并不能對(duì)供電系統(tǒng)展開詳盡全面地判斷。而在分布式配電中，電力配給方案規(guī)劃通常不足，想用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的分布式完成對(duì)各種結(jié)構(gòu)的電力配給方案規(guī)劃難度較大，因此無法化解供電設(shè)備發(fā)電障礙。

2.2 影響配網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗

傳統(tǒng)供電系統(tǒng)中，在計(jì)算配網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗時(shí)一旦都需要對(duì)電力負(fù)載進(jìn)行測(cè)算，而將電力負(fù)載與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參與相乘就得到電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗。當(dāng)然，上述計(jì)算屬于簡(jiǎn)易運(yùn)算，不可能產(chǎn)生精確計(jì)算值。而在分布式系統(tǒng)中，損耗的計(jì)算除運(yùn)用類似上述計(jì)算方法外，還考慮到輸送線路的電阻、電容問題。通常需要運(yùn)用拓?fù)湫问脚卸娙萸闆r，并根據(jù)電容算出壓降；同時(shí)在潮流輻射計(jì)算中獲得配電系統(tǒng)的電流拓?fù)淝闆r，這里的電流一般是從母線到子線的流動(dòng)電流，此電流的方向和大小還可以用單點(diǎn)源所形成的負(fù)荷加以推斷。當(dāng)然，分布式系統(tǒng)中的計(jì)算也無法得到十分精確的答案，通過預(yù)測(cè)方式形成的損耗結(jié)果只能控制在某一段特定區(qū)間內(nèi)便于參考適用。

2.3 影響電力系統(tǒng)的電容保護(hù)狀況

一旦適用分布式能源發(fā)電后，整個(gè)控制系統(tǒng)會(huì)影響到線路的電容，同時(shí)影響電壓值，使得匹配的電容元器件保護(hù)功能改變，出現(xiàn)值得關(guān)注的狀況。

2.3.1 電壓值的變動(dòng)讓電容元器件無法正常發(fā)生反應(yīng)，這樣就容易致使繼電系統(tǒng)失靈，不存在過載或欠載情況下的保護(hù)。分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得繼電系統(tǒng)中電流降低，繼電系統(tǒng)因電壓值不穩(wěn)將停止運(yùn)作，也就喪失了保護(hù)功能，不會(huì)當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)切斷電流。

2.3.2 分布式系統(tǒng)的控制如果在繼電器失去電流作用后，將出現(xiàn)失誤現(xiàn)象。大量的誤動(dòng)作，使得眾多節(jié)點(diǎn)同時(shí)開始放電，激勵(lì)電源持續(xù)發(fā)生動(dòng)作失誤。

2.3.3 有助于提高分布式系統(tǒng)中電網(wǎng)故障的判斷能力。在分布式系統(tǒng)控制閉環(huán)內(nèi)，節(jié)點(diǎn)數(shù)會(huì)出現(xiàn)改變，電信號(hào)也出現(xiàn)較大的波幅，足以代表某一位置的電網(wǎng)故障產(chǎn)生。

2.3.4 分布式系統(tǒng)中的電容失保，可能導(dǎo)致更大的區(qū)域內(nèi)發(fā)生停電。系統(tǒng)的電容出現(xiàn)不利影響后，容易讓區(qū)域內(nèi)的各種故障頻發(fā)，極易引發(fā)跳閘，從而產(chǎn)生斷電。因此，一旦產(chǎn)生多次跳閘，就不容易在較短時(shí)間恢復(fù)正常通電，只有將繼電器等裝置重啟后才能恢復(fù)供電。

2.4 影響分布式配電網(wǎng)絡(luò)的輸電效率

可以想象，當(dāng)原有傳統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)換為分布式系統(tǒng)后，各種機(jī)制的改變使得配電網(wǎng)絡(luò)中的輸送電能效率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。

2.4.1 傳統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)發(fā)生電力輸送時(shí)，回路中的負(fù)荷與輸送線路的輸送效率形成了正比例的關(guān)聯(lián)性。一般而言，回路中的負(fù)荷越強(qiáng)，電流形成的電壓就越反應(yīng)強(qiáng)烈，輸送線路的無功補(bǔ)償將發(fā)揮作用。完成與分布式系統(tǒng)的配合后，輸送能力將發(fā)生明顯的減緩。分析整體的電壓，可以看出因分布式系統(tǒng)的電源出現(xiàn)變化，電壓已經(jīng)受到了諸多影響。一是分布式系統(tǒng)中的負(fù)載對(duì)電源的調(diào)控起到了不可忽視的作用。一般負(fù)載電壓小于電源輸出值時(shí)，電流下降，繼電器波動(dòng)放緩，構(gòu)建出較穩(wěn)定的分布式電源模式。二是如果分布式系統(tǒng)不能和線路中的負(fù)載同時(shí)存在，那電機(jī)會(huì)因分布式的設(shè)備功率調(diào)整而出現(xiàn)干擾，導(dǎo)致電源的斷路情況，直接威脅到輸電的穩(wěn)定。

2.4.2 電路產(chǎn)生諧波效應(yīng)。分布式系統(tǒng)的電路工人已發(fā)生諧波效應(yīng)。表現(xiàn)在分布式電源的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，不可避免地要產(chǎn)生嚴(yán)重的波動(dòng)，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)，也必然促使電能的輸送不穩(wěn)。而分布式終端設(shè)備的電子操控部分，這時(shí)會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生干擾，可見電路波形的非常態(tài)變化。對(duì)于發(fā)電機(jī)組而言，如果任由電路的諧波產(chǎn)生，則機(jī)組的功率也會(huì)混亂無序，從而影響機(jī)組的正常運(yùn)作。

結(jié)語

分布式能源發(fā)電是未來新能源發(fā)展的重大趨勢(shì)之一。顯而易見，雖然眾多分布式能源發(fā)電都還存在著介入智能配電網(wǎng)絡(luò)的不足和影響，使得各種傳輸和用電質(zhì)量不理想。人們應(yīng)該不斷研究通過分散的形式將新界能源的發(fā)電能夠更好地介入到智能配電網(wǎng)絡(luò)中，從而完成電網(wǎng)的服務(wù)體系建設(shè)。

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