淺析分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)分析的影響

程采奕

摘? ?要：越來越嚴(yán)重的能源緊缺問題給社會發(fā)展帶來了較為負(fù)面的影響。首先，概括了分布式發(fā)電的含義和特點(diǎn);其次，介紹了常見的分布式發(fā)電技術(shù)，例如風(fēng)力發(fā)電;最后，結(jié)合實(shí)際情況，圍繞電力系統(tǒng)分析受分布式發(fā)電的影響展開了討論，希望可以在某些方面給相關(guān)工作人員以幫助，使分布式發(fā)電的積極作用得到充分發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電;可再生能源;電力系統(tǒng)分析

眾所周知，由于不可再生能源日益枯竭，原有發(fā)電模式已經(jīng)難以滿足社會的持續(xù)發(fā)展需求，而人們對電力質(zhì)量、穩(wěn)定性提出的要求也越來越高，分布式發(fā)電應(yīng)運(yùn)而生。作為對實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有積極作用的技術(shù)，分布式發(fā)電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在對原有發(fā)電模式的弊端加以解決的方面，對其合理應(yīng)用很有必要。

1? ? 分布式發(fā)電概述

隨著電力工業(yè)日趨成熟，人們開始關(guān)注如何在保證電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上節(jié)約資源、降低能耗，分布式發(fā)電的出現(xiàn)成為必然。原有發(fā)電模式的特點(diǎn)為集中供電，用戶提出的確切需求難以被滿足，另外，集中發(fā)電設(shè)備多為火力發(fā)電，需要通過燃燒化石能源的方式為發(fā)電提供動力，不僅會破壞環(huán)境，還會加快能源枯竭的速度。分布式電站的特點(diǎn)是規(guī)模較小，分布在用戶附近，直接為用戶提供電能。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為分布式發(fā)電的完善提供了支持，該發(fā)電模式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可以利用水能、風(fēng)能等新型能源完成供電工作，不僅使能源使用結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，能源枯竭的情況也得到了緩解[1]。由此可見，分布式發(fā)電是指分布在用戶附近、符合特定用戶需求、能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供幫助的技術(shù)。

分布式發(fā)電的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在5個方面：（1）原有發(fā)電模式需要依托大規(guī)模配電站、發(fā)電站和發(fā)電廠完成供電任務(wù);分布式發(fā)電既可以利用水能、風(fēng)能等可再生能源完成發(fā)電，也可以在微型燃?xì)廨啓C(jī)的輔助下完成發(fā)電，具有投入少、規(guī)模小和建設(shè)時間短的特點(diǎn)。（2）分布式發(fā)電的綜合利用率相對較高。（3）分布式發(fā)電擁有獨(dú)立電源，可以使故障發(fā)生的頻率大幅降低，提高供電系統(tǒng)的持久性與穩(wěn)定性。換句話說，即使電網(wǎng)出現(xiàn)大面積故障，分布式發(fā)電仍舊可以正常運(yùn)行。（4）分布式發(fā)電在經(jīng)濟(jì)性上具有十分突出的表現(xiàn)，由于分布式電源和用戶的距離較近，直接就近供電的設(shè)想因此而成為現(xiàn)實(shí)，這樣做不僅降低了輸配電損耗，還壓縮了投資成本。（5）分布式發(fā)電更加環(huán)保，應(yīng)用的發(fā)電能源均為可再生能源，大量排放污染物的情況得到遏制，高壓輸電線路建設(shè)帶來的電磁污染有所減少。

2? ? 常見的分布式發(fā)電技術(shù)

2.1? 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電是指直接將風(fēng)能向電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化的技術(shù)，具有成本低、不消耗資源、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)勢，目前在諸多領(lǐng)域均得到了有效應(yīng)用。一般來說，風(fēng)力發(fā)電的形式有兩種，分別是并網(wǎng)型、離網(wǎng)型。由于自然風(fēng)力給風(fēng)力發(fā)電帶來的影響較大，等功率發(fā)電難度極高，因此，并網(wǎng)發(fā)電被視為風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要趨勢，組成并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)組通常需要滿足大容量的要求，組成發(fā)電機(jī)組的設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、風(fēng)力機(jī)。運(yùn)行原理如下：通過轉(zhuǎn)動風(fēng)力驅(qū)動槳葉的方式產(chǎn)生動力，再將動力勢能向電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化。雖然風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢十分明顯，但也存在沒有解決的問題，例如：其一，由于發(fā)電機(jī)和地面的距離較高，維護(hù)工作的難度大幅增加;其二，由于風(fēng)力發(fā)電的平衡性難以得到保證，通常只被用于對電能進(jìn)行儲存等[2]。

2.2? 太陽能發(fā)電

由于越來越多的人開始注重綠色環(huán)保的理念，太陽能作為主要能源在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。分布式發(fā)電應(yīng)用的太陽能電池通常以單晶硅、多晶硅為依托，實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的目標(biāo)，在節(jié)能環(huán)保方面具有突出作用，能源壓力也因此減輕。太陽能是典型的可再生能源，對其加以應(yīng)用，可以有效緩解廢棄物排放帶來的環(huán)境污染問題，這與可持續(xù)發(fā)展提出的要求十分契合。具體應(yīng)用如下：在陽光充足的白天，利用光伏電池完成將太陽能向電能持續(xù)轉(zhuǎn)化的工作，以滿足用戶對電能的需求為前提，儲存剩余電能，為晚間用電提供保障。但是，光伏電池較易受到外界因素的影響，例如日照強(qiáng)度、時間等，因此，現(xiàn)階段光伏電池的太陽能轉(zhuǎn)化率并未達(dá)到預(yù)期，對其加以應(yīng)用所取得的實(shí)際效用也受到了一定程度上的限制。

2.3? 燃料電池發(fā)電

作為新型儲能設(shè)備的一種，燃料電池的原理是通過電化學(xué)反應(yīng)，將燃燒富氫產(chǎn)生的化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)變。很長一段時間內(nèi)，燃料電池的應(yīng)用方向都以軍事航天領(lǐng)域?yàn)橹?。而科技的發(fā)展使燃料電池逐漸轉(zhuǎn)入民用，例如新能源汽車。與蓄電池相比，燃料電池在電能儲存方面具有十分突出的優(yōu)勢，另外，陽極和陰極產(chǎn)生的反應(yīng)能夠使儲存在燃料電池中的電子向離子轉(zhuǎn)變，隨之形成電壓。對作為儲能設(shè)備的燃料電池進(jìn)行維護(hù)，保證催化劑充足，作用主要是為發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。

3? ? 分布式發(fā)電給電力系統(tǒng)分析帶來的影響

原有發(fā)電模式無法保證每位用戶的需求都得到實(shí)現(xiàn)，在用電高峰期也無法對電力負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，由此引發(fā)的問題主要是電壓不穩(wěn)，偏遠(yuǎn)山區(qū)的供電情況更是和預(yù)期相差甚遠(yuǎn)。分布式電站的優(yōu)勢包括極高的可靠性與安全性、不會對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞、建設(shè)和維護(hù)的成本相對低廉等，因此，分布式發(fā)電得到了大力的推廣和應(yīng)用，取得的效果有目共睹。以可再生性為依據(jù)，可以將發(fā)電能源分為兩類，一類以風(fēng)能、地?zé)崮堋⑻柲艿瓤稍偕茉礊橹黧w，另一類則以燃動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)等不可再生的能源為主體。分布式發(fā)電給電力系統(tǒng)分析帶來的影響，主要體現(xiàn)在以下方面：

3.1? 電力市場

近幾年，電力市場的發(fā)展勢頭十分迅猛，大量交易平臺被開放，分布式發(fā)電因此獲得了競爭的機(jī)會和平臺，用戶也可以根據(jù)自身需求選擇最優(yōu)化、最適合的方法。配電網(wǎng)的開放為電力零售市場的發(fā)展提供了動力，市場競爭的激烈程度與日俱增，可供用戶選擇的模式越來越多，例如自給自足、電網(wǎng)售電等。用戶可以在對電力需求和價格進(jìn)行了解后合理分配分布式電源，使分布式發(fā)電所具有的優(yōu)勢及作用得到充分發(fā)揮，由此創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益也會變得更加可觀[3]。

3.2? 電能質(zhì)量

分布式發(fā)電產(chǎn)生的電流在接入電路組的線路后，就會由輻射狀結(jié)構(gòu)向多電源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，電路中電流的方向、大小也會發(fā)生變化，從而影響電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。此時，原有調(diào)節(jié)方案已經(jīng)無法完成匹配的任務(wù)，只有重新評估主線路特點(diǎn)，制定調(diào)壓方案，才能避免由于分布式發(fā)電引入配電網(wǎng)導(dǎo)致安全隱患產(chǎn)生的情況。原有電力輸電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)通常呈放射狀，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）使電流保護(hù)更加經(jīng)濟(jì);（2）使運(yùn)行更加簡單。將分布式發(fā)電引入配電網(wǎng)會導(dǎo)致原有結(jié)構(gòu)被改變，從而給繼電器的保護(hù)形式帶來影響，例如保護(hù)裝置失靈、誤操作等，如果饋線附近出現(xiàn)問題，則會導(dǎo)致無障礙饋線跳閘，電能質(zhì)量無法得到保障。除此之外，分布式發(fā)電可能引發(fā)的問題還包括諧波，這是因?yàn)榉植际桨l(fā)電需要以大量電力電子器件為依托，因此，發(fā)電單元可以被視為諧波源，利用逆變器將分布式發(fā)電引入配電網(wǎng)會導(dǎo)致開關(guān)頻率周圍存在大量的諧波分量，諧波因此被引入，問題隨之出現(xiàn)。當(dāng)然，需要引起重視的內(nèi)容還包括發(fā)電單元在容量、位置上存在的差異，導(dǎo)致電壓出現(xiàn)降低、升高的現(xiàn)象，使穩(wěn)態(tài)電壓的分布受到影響等。

3.3? 配電網(wǎng)損耗

原有發(fā)電模式會導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p耗，分布式發(fā)電的出現(xiàn)使該問題得到有效解決。在將分布式發(fā)電引入配電網(wǎng)后，電網(wǎng)損耗大幅降低。對配電網(wǎng)損耗具有決定作用的因素為系統(tǒng)潮流，隨著分布式發(fā)電被引入，配電系統(tǒng)的負(fù)荷分布發(fā)生變化，系統(tǒng)潮流也由單向流動逐漸轉(zhuǎn)為雙向流動。將同步發(fā)電機(jī)引入配電網(wǎng)，可以為系統(tǒng)同時輸入所需的有功功率與無功功率，這樣做的目的有兩個，一是為電網(wǎng)電壓提供支撐，二是降低系統(tǒng)損耗。將感應(yīng)發(fā)電機(jī)引入配電網(wǎng)可以保證系統(tǒng)只接受有功功率，但是計(jì)算結(jié)果表明，這樣做會導(dǎo)致配電網(wǎng)的損耗出現(xiàn)小幅提升，需要相關(guān)人員引起重視[4]。

3.4? 配電網(wǎng)規(guī)劃

首先，在將分布式發(fā)電引入配電網(wǎng)后，電網(wǎng)在運(yùn)行方法、未來規(guī)劃等方面具有的不確定性大幅提升，電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及可靠性會受到分布式電源帶來的影響，干擾評估的準(zhǔn)確性。其次，如果分布式電源和配電網(wǎng)同時運(yùn)行，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)就會發(fā)生變化，對輸電廠產(chǎn)生的依賴隨之降低。最后，規(guī)劃人員在規(guī)劃配電網(wǎng)時，應(yīng)該對5～20年內(nèi)配電網(wǎng)負(fù)荷的變化情況進(jìn)行分析，一般來說，在該時間范圍內(nèi)，配電網(wǎng)符負(fù)荷默認(rèn)為增加狀態(tài)，只有不斷增加變電站、分布式電源的數(shù)量，才能使電力需求得到滿足。

3.5? 線路系統(tǒng)可靠性

在主線路電路中接入分布式電源，極易導(dǎo)致電力系統(tǒng)可靠性降低，這是因?yàn)榉植际诫娫礊椴⒕W(wǎng)運(yùn)行，在低電壓擊穿方面的表現(xiàn)并不突出。如果線路發(fā)生故障，接入的分布式電源則會導(dǎo)致電壓跌落增加，如果無法及時跳閘拖網(wǎng)，便會給電氣設(shè)備帶來不必要的損傷。如果備用電源為分布式電源，則能夠使電網(wǎng)負(fù)荷及堵塞消除，其可靠性、安全性自然隨之提高。如果接入分布式電源能夠滿足低電壓擊穿的要求，即使電網(wǎng)發(fā)生故障，電源的運(yùn)行也不會受到影響，這樣做可以使電壓驟降得到緩解，具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)踐證明，要想推動電力系統(tǒng)的發(fā)展，對分布式發(fā)電的操作環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化、提高發(fā)電質(zhì)量、降低電網(wǎng)負(fù)荷很有必要。

4? ? 結(jié)語

通過分析可以看出，分布式發(fā)電作為近幾年出現(xiàn)的一種發(fā)電技術(shù)，其作用不僅包括提升發(fā)電技術(shù)，為發(fā)電質(zhì)量和效率提供保證，還包括降低維修難度，避免發(fā)電系統(tǒng)故障導(dǎo)致大面積停電的情況出現(xiàn)，另外，還為人們提供良好的學(xué)習(xí)、工作和生活環(huán)境，并且在無形中提升了電力企業(yè)的效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1]尹阜豐.分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（36）：252.

[2]吳? 嵐.分布式發(fā)電與新能源發(fā)電對電力系統(tǒng)影響的對比研究[J].科技資訊，2017，15（19）：39-40.

[3]李建霞.分布式發(fā)電與新能源發(fā)電對電力系統(tǒng)影響的對比研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（20）：163.

[4]苑佳卉.新能源發(fā)電與分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2019（9）：2.