分布式能源接入電網(wǎng)影響研究

閆瑋袆

（中海石油氣電集團有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，北京 100028）

0 引 言

隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，分布式能源接入的范圍越來越廣。局部地區(qū)的分布式發(fā)電分布相對集中，分布式發(fā)電機占電力基礎(chǔ)設(shè)施的比重越來越大，給電力系統(tǒng)造成了嚴重負荷。分布式能源接入的架構(gòu)特點影響了電網(wǎng)的整體規(guī)劃和建設(shè)，技術(shù)和管理的問題矛盾逐漸突出。因此，分布式發(fā)電技術(shù)給電網(wǎng)運行帶來的影響需要得到重視，電力行業(yè)工作人員要及時做好相關(guān)的協(xié)調(diào)工作。

1 分布式能源接入

分布式能源包含分布式發(fā)電和儲能，本文主要討論分布式發(fā)電技術(shù)。分布式發(fā)電技術(shù)是指為滿足用戶的用電需求，在用戶附近研發(fā)建設(shè)的小功率發(fā)電機組。這一概念是相對電網(wǎng)規(guī)劃中的集中式發(fā)電靈活制定的，是一種技術(shù)相對成熟的清潔新能源利用方式，具有開發(fā)利用分散能源、提高能源利用率、實現(xiàn)節(jié)能減排以及滿足特殊場合供電的優(yōu)勢。常見的分布式發(fā)電技術(shù)類型有內(nèi)燃機、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、潮汐能、燃氣輪機、燃料電池發(fā)電以及地?zé)崮茉窗l(fā)電等[1]。燃氣類型的分布式能源接入是最常見的類型。相對于自然條件下的風(fēng)能、太陽能等，燃氣類型的分布式能源在發(fā)展過程中還面臨著市場、經(jīng)濟以及技術(shù)等方面的問題。燃氣開發(fā)前期存在市場上的用戶存在認知度不夠和用能設(shè)施建設(shè)成本太高的問題，直接導(dǎo)致燃氣價格居高不下。如果沒有政策的扶持，燃氣類型的分布式能源很難得到發(fā)展?？梢?，發(fā)展燃氣類型的分布式能源，需要解決政策問題、設(shè)備國產(chǎn)化問題、并網(wǎng)問題、電力企業(yè)運行以及突破市場制約等。

在系統(tǒng)選擇上，分布式發(fā)電通常選擇直接接入低壓配電系統(tǒng)的方式，或者直接選擇形成一個獨立的供電循環(huán)，使得分布式發(fā)電和常規(guī)的電源比起來具有規(guī)模更小、成本更低、保護環(huán)境、具有間歇性以及需要依靠加工成型燃燒的過程特點[2]。受地區(qū)經(jīng)濟和資源限制，分布式能源接入存在分布不平衡、技術(shù)和管理方面矛盾問題突出的缺點，易造成電網(wǎng)局部負荷過重、維護工作實施困難等消極影響。此外，分布式能源接入與整體電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)也給電力企業(yè)的工作帶來了很大壓力。

2 分布式能源接入對電網(wǎng)的影響

2.1 對網(wǎng)損的影響

分布式能源接入由于具有靈活性特點，根據(jù)不同位置、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、容量以及負荷率，會對電網(wǎng)系統(tǒng)損耗產(chǎn)生不同影響。通過定量分析統(tǒng)計結(jié)果顯示，在接入位置固定的情況下，能源接入容量增大，電網(wǎng)損耗先減小后增大，所以分布式能源接入的最大容量不能超過電網(wǎng)的最大負荷承載量。選擇合理的接入位置和容量，才能使電網(wǎng)系統(tǒng)損耗程度降到最低[3]。

2.2 對繼電保護系統(tǒng)的影響

隨著各種類型的分布式能源接入，電網(wǎng)系統(tǒng)逐漸形成了一個巨大的輻射式供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有電源分布廣泛、用戶眾多的特點，使得傳統(tǒng)的單向性繼電保護系統(tǒng)受到了一定影響，其中距離保護、過電流保護以及故障電流等方面的保護機理和定值更是產(chǎn)生了巨大變化。一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，需要迅速分析故障根源是否與分布式能源接入有關(guān)，并配合進行電源切斷工作。由于分布式能源接入受地區(qū)經(jīng)濟和資源的影響，發(fā)展水平高低不一，分布式能源接入對電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)的運行造成了很大威脅，可能導(dǎo)致繼電保護系統(tǒng)失效或者錯誤操作，降低了電網(wǎng)故障處理水平。

2.3 對電能質(zhì)量的影響

分布式能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響是多方面的，包括電壓波動、不平衡、頻率偏差、電壓閃變以及產(chǎn)生諧波等。分布式能源接入會對電壓的波動產(chǎn)生抑制或者加重作用，這取決于分布式電源的容量和電網(wǎng)負荷承載量的協(xié)調(diào)運行狀況。如果分布式能源不合理、違規(guī)接入電網(wǎng)，會造成電路系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的負荷潮流波動，對電能質(zhì)量造成巨大影響。分布式能源接入由于可以根據(jù)用戶的不同需求隨時啟動或停運并調(diào)整能源輸出量，接入的時間、輸出量的不確定性會直接或間接導(dǎo)致電壓閃變。分布式電源接入大多使用電子逆變器進行控制和調(diào)節(jié)工作，頻繁開關(guān)和使用會產(chǎn)生大量諧波分量，多余的諧波會造成污染。諧波污染會加大電力設(shè)備的損耗，縮短其壽命，甚至直接對運行造成影響[4]。

2.4 對電網(wǎng)的可靠性影響

除了不可抗力的氣候、環(huán)境等自然因素會對太陽能、風(fēng)能等不穩(wěn)定的發(fā)電形式造成影響外，獨立的供電循環(huán)這一類型的分布式能源接入會對電網(wǎng)的可靠性造成消極影響。電路發(fā)生故障時，分布式能源能夠保證停電用戶的供電，對降低年平均斷電時間有積極作用。但是，這種獨立的孤島式供電方式會對電網(wǎng)檢修工作人員的安全產(chǎn)生巨大威脅，電力管理水平也受到地區(qū)發(fā)展的限制。安全意識和管理水平的落后，導(dǎo)致某些地區(qū)的檢修工作危害指數(shù)更高，嚴重危害電網(wǎng)供電的可靠性。

2.5 對電網(wǎng)規(guī)劃的影響

大量的分布式能源接入降低了電網(wǎng)系統(tǒng)對輸電網(wǎng)和大型發(fā)電站、發(fā)電廠的需求，使供電服務(wù)不再完全依賴這些發(fā)電形式，是電力行業(yè)發(fā)展多樣性、科學(xué)性的體現(xiàn)，降低了電網(wǎng)建設(shè)和運行的成本。除了對電網(wǎng)規(guī)劃帶來的便利，分布式能源接入也對電網(wǎng)規(guī)劃造成了一定的消極影響。根據(jù)我國的地理差異特點，不同地區(qū)的分布式能源接入的發(fā)電量不盡相同。為了保證滿足用電客戶的生產(chǎn)生活需求，電網(wǎng)的規(guī)劃必須增加對這些地區(qū)的電力補充作為地區(qū)電力的依托備用。加上分布式能源接入過程中的諧波污染造成的設(shè)備損耗，對電壓波動的影響相對不穩(wěn)定，增大了電網(wǎng)負荷承載量的檢測難度。分布式能源接入導(dǎo)致傳統(tǒng)的電網(wǎng)運行過程中相關(guān)的理論計算方法不再適用。從一定層面上看，分布式能源接入對電網(wǎng)的規(guī)劃增加了更多不確定因素，規(guī)劃需要考慮多方影響進行最優(yōu)化選擇，對電網(wǎng)規(guī)劃的適應(yīng)性提出了更高要求。在某些方面，分布式能源接入還增加了電網(wǎng)改造和建設(shè)的成本費用，給電力企業(yè)的發(fā)展帶來了巨大壓力[5]。

3 分布式能源接入的優(yōu)化策略

根據(jù)分布式能源接入對電網(wǎng)的影響，想要盡量避免分布式能源接入對電網(wǎng)的消極影響，必須從整體綜合規(guī)劃和電力科學(xué)技術(shù)兩個方面進行優(yōu)化[6]。

整體綜合規(guī)劃中，可以將分布式能源接入中的可再生能源的規(guī)劃全部統(tǒng)一納入可再生能源規(guī)劃，保障能源的可持續(xù)發(fā)展。使用分級規(guī)劃保證能源接入細節(jié)事項能得到管理，省級規(guī)劃要以國家規(guī)劃的主要目標(biāo)為指導(dǎo)，根據(jù)地區(qū)特點因地制宜做好規(guī)劃。燃氣類型的分布式能源需要政府在前期提供大量的政策支持和資金扶持，并需要協(xié)助電力企業(yè)加強能源宣傳，提高用戶的認知度，幫助企業(yè)擴大燃氣市場。規(guī)劃原則要堅持節(jié)能減排、保證科學(xué)性和合法性，要加大相關(guān)立法工作，進行科學(xué)的管理和規(guī)范。此外，整體規(guī)劃必須符合社會主義發(fā)展的現(xiàn)實要求。

科學(xué)技術(shù)方面要求電力行業(yè)不斷培養(yǎng)高素質(zhì)的技術(shù)人才，將技術(shù)問題帶來的損失降到最低。例如，發(fā)展微電網(wǎng)技術(shù)，保證獨立的供電循環(huán)這一類型的分布式能源接入的安全性和平穩(wěn)性，從而進一步增加電網(wǎng)的可靠性。此外，燃氣類型的分布式能源由于其設(shè)備國產(chǎn)化、并網(wǎng)問題嚴重，前期用能設(shè)備建設(shè)成本太高，需要科研人員加強研究和開發(fā)，吸收國內(nèi)外先進的科學(xué)技術(shù)經(jīng)驗，提高設(shè)備水平，降低用能設(shè)備建設(shè)的成本，并合理規(guī)劃相關(guān)并網(wǎng)問題，使燃氣類型的分布式能源可以得到更好發(fā)展。同時，需加大主動配電網(wǎng)技術(shù)、輸電技術(shù)、繼電保護技術(shù)以及儲能技術(shù)等的科研力度，降低電網(wǎng)受到的影響。

4 結(jié) 論

分布式能源接入方式的產(chǎn)生是電力發(fā)展過程中現(xiàn)實情況的要求，也是電網(wǎng)運行中的重要內(nèi)容。我國分布式能源接入發(fā)展仍然處于起步階段，在獲得便利的同時，要兼顧帶來的缺點和對電網(wǎng)整體的影響。電力行業(yè)需重視并積極開展研究，以保證電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。