分布式發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述

蘇萌

摘要：當(dāng)今社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性要求越來(lái)越高，分布式發(fā)電技術(shù)是今后的發(fā)展方向。本文集中闡述、比較了幾種主要的分布式發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)，分析了其對(duì)電力系統(tǒng)各方面的影響和作用以及今后的應(yīng)用展望。

Abstract： In today's society， the quality， safety and reliability requirements of power supply are getting higher and higher， and distributed power generation technology is the future development direction. This paper focuses on the characteristics of several major distributed power generation technologies， and analyzes their impact on various aspects of power systems and their future application prospects.

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電;電力系統(tǒng);綜述

Key words： distributed power generation;power system;review

中圖分類號(hào)：TM61 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）27-0227-02

0 ?引言

2018年3月巴西大停電、2019年3月委內(nèi)瑞拉大停電、2019年6月烏拉圭大停電是近年來(lái)世界上大電網(wǎng)出現(xiàn)的主要問(wèn)題。單一的網(wǎng)架模式是事故發(fā)生的重要原因，傳統(tǒng)的發(fā)電-輸電-變電-配電模式看似成熟，但實(shí)際上十分脆弱。這是因?yàn)榫W(wǎng)架的單鏈條以及環(huán)形模式往往互相影響，某一點(diǎn)的故障如不能及時(shí)修復(fù)就有可能導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的崩潰，因此，如何加強(qiáng)網(wǎng)架的風(fēng)險(xiǎn)抵御能力，提升網(wǎng)架的安全可靠性是近年來(lái)電力行業(yè)的主要探索方向。分布式發(fā)電有別于傳統(tǒng)意義上的發(fā)電模式，電能不需要長(zhǎng)遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸，即就地發(fā)電，即刻使用，隨時(shí)控制，隨時(shí)使用，具有節(jié)約網(wǎng)架基建投資，減少土地走廊、空間占用，減少環(huán)境噪音、電磁輻射等優(yōu)點(diǎn)，是電力行業(yè)的重點(diǎn)推動(dòng)專業(yè)方向。

1 ?分布式發(fā)電特點(diǎn)

分布式發(fā)電技術(shù)有別于傳統(tǒng)電網(wǎng)的最大不同是是發(fā)輸配三者在物理空間上高度壓縮，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下[1]：①一般建設(shè)在用戶附近，輸送通道較短，且輸送方式靈活;②具備接入現(xiàn)有網(wǎng)架的技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)一定的技術(shù)手段可以反接入電網(wǎng);③利用新能源發(fā)電較多，送側(cè)成本較低;④電能質(zhì)量難以保證，電壓波形十分不穩(wěn)定。

2 ?分布式發(fā)電技術(shù)概況

在美國(guó)，在西部較為廣闊的自然需求端，分布式發(fā)電技術(shù)獲得了用戶的集體青睞，容量為1kW到10MW分布式電源發(fā)電和儲(chǔ)能單元得到了廣泛應(yīng)用。在荷蘭、英國(guó)等歐洲國(guó)家，分布式發(fā)電政策都已通過(guò)了立法，并提出了結(jié)合各自國(guó)家實(shí)際情況的具體措施，如熱電聯(lián)合等[2]。

在我國(guó)，風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏電池、中小水電等都得到了廣泛而契合實(shí)際的應(yīng)用，主要集中在廣大經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)來(lái)說(shuō)，特別是農(nóng)牧地區(qū)和偏遠(yuǎn)山區(qū)，針對(duì)性解決了建設(shè)集中式供配電網(wǎng)所需要的資金和時(shí)間問(wèn)題。

分布式發(fā)電技術(shù)分類及經(jīng)濟(jì)比較如表1[3]。

目前，應(yīng)用較為廣泛的分布式發(fā)電技術(shù)主要有以下幾種：

2.1 光伏發(fā)電技術(shù) ?光伏發(fā)電技術(shù)即是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成為電能直接利用，光伏發(fā)電具有能源獲取成本低、技術(shù)相對(duì)成熟等優(yōu)點(diǎn)，目前在我國(guó)中西部得到了廣泛推廣，缺點(diǎn)是建設(shè)成本相對(duì)非常高，后期污染問(wèn)題突出。

2.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù) ?風(fēng)力發(fā)電技術(shù)即是將風(fēng)能直接轉(zhuǎn)換為電能直接利用，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電一樣，能源獲取成本較低，技術(shù)相對(duì)較為成熟，在我國(guó)西部和東部沿海地區(qū)應(yīng)用已十分成熟，受到了當(dāng)?shù)卣腿罕姷拇罅χС?。但風(fēng)力發(fā)電的缺點(diǎn)也較為突出，受限于風(fēng)力的不穩(wěn)定性，風(fēng)力發(fā)電諧波問(wèn)題較為嚴(yán)重，電能質(zhì)量提升是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2.3 燃料電池 ?燃料電池主要是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的技術(shù)，燃料電池在交通行業(yè)目前得到了大規(guī)模推廣應(yīng)用，燃料電池的優(yōu)點(diǎn)主要是其使用位置和使用方式的靈活多變，可以加工成為各種形狀，不受空間因素的影響。但從目前來(lái)看，燃料電池的容量是制約其在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的主要因素，電池容量與生產(chǎn)工藝和成本直接相關(guān)，從投資有效性角度分析，燃料電池更適用于特定行業(yè)。

2.4 微型燃?xì)廨啓C(jī) ?微型燃?xì)廨啓C(jī)是指功率較低的小型燃?xì)廨啓C(jī)，目前主要集中在邊遠(yuǎn)山區(qū)即交通不便、能源匱乏的地區(qū)，投資費(fèi)用較低，但應(yīng)用范圍有限。（表2）

3 ?分布式發(fā)電對(duì)常規(guī)網(wǎng)架的影響

3.1 對(duì)網(wǎng)架電壓的影響 ?分布式發(fā)電一旦接入常規(guī)網(wǎng)架，其首先會(huì)對(duì)系統(tǒng)電壓產(chǎn)生沖擊影響，勿論沖擊的大小，網(wǎng)架所接受到電壓波動(dòng)必將傳遞，隨著接入分布式發(fā)電源的數(shù)量增加，電壓所受到的影響會(huì)更為加劇。傳統(tǒng)網(wǎng)架的穩(wěn)壓模式和措施往往針對(duì)于短時(shí)間的操作過(guò)電壓或者自然界的雷電過(guò)電壓[4]，對(duì)于從配網(wǎng)端逐一接入的分布式發(fā)電源對(duì)策較少，相對(duì)并不完善，容易為其他用戶帶來(lái)影響，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)架的電壓波動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，分布式發(fā)電接入對(duì)網(wǎng)架電壓的影響主要有：①接入分布式發(fā)電會(huì)對(duì)接入回路產(chǎn)生直接影響，即對(duì)線路的電壓分布產(chǎn)生直接影響，接入數(shù)量越多，容量即越大，產(chǎn)生的影響越難以消除;②在網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)上接入分布式發(fā)電，對(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的用戶均會(huì)產(chǎn)生影響，且節(jié)點(diǎn)分布范圍影響難以估算;③一般情況下，法拉第效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致受端電壓的抬升，這就為分布式發(fā)電接入點(diǎn)的選擇提出了技術(shù)要求。

3.2 對(duì)電能質(zhì)量的影響 ?如前文所述，分布式發(fā)電有別于傳統(tǒng)網(wǎng)架利用煤氣、水利發(fā)電，往往利用新能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能、化學(xué)能等發(fā)電，這就涉及到大量的整流逆變技術(shù)，極易產(chǎn)生難以消除的諧波，對(duì)電能質(zhì)量影響極為惡劣，進(jìn)而影響到用戶的實(shí)際使用效果。具體來(lái)講，分布式發(fā)電對(duì)電能質(zhì)量的影響主要有：①電壓的跳變。分布式發(fā)電源的接入、退出、發(fā)電裝置的波動(dòng)等，都會(huì)對(duì)電壓產(chǎn)生影響，電壓的跳變是電能質(zhì)量下降的主要因素。②諧波污染。整流逆變技術(shù)的應(yīng)用需使用大量的電力電子設(shè)備，這是諧波的主要發(fā)生源，諧波對(duì)于電網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)以及用戶的各類電器設(shè)備均會(huì)產(chǎn)生不良影響，這也是當(dāng)前分布式發(fā)電難以大規(guī)模接入到常規(guī)網(wǎng)架的主要原因。③改善措施不明確。分布式發(fā)電技術(shù)發(fā)展已有多年，但是針對(duì)電能質(zhì)量改善仍未有突破性進(jìn)展，當(dāng)前常規(guī)網(wǎng)架已經(jīng)建設(shè)完畢，無(wú)論是規(guī)模還是體量，均是分布式發(fā)電難以匹擬的，常規(guī)電網(wǎng)不可能為其接入進(jìn)行根本性的技術(shù)變革。

3.3 對(duì)繼電保護(hù)的影響 ?大多數(shù)配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈放射狀，采用這種結(jié)構(gòu)的主要目的是為了運(yùn)行的簡(jiǎn)單性和過(guò)電流保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)配電網(wǎng)中接入了分布式電源之后，放射狀網(wǎng)絡(luò)將變成遍布電源和用戶互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，潮流也不再單向地從變電站母線流向各負(fù)荷，因此，分布式發(fā)電將對(duì)配電網(wǎng)原有的繼電保護(hù)產(chǎn)生較大的影響[5]：①DG運(yùn)行時(shí)可能會(huì)引起繼電保護(hù)的失效。DG產(chǎn)生的故障電流可能會(huì)減小流過(guò)饋線繼電器的電流，從而使繼電保護(hù)失效。②DG接入配電網(wǎng)后可能會(huì)使繼電保護(hù)誤動(dòng)作。相鄰饋線的故障有可能會(huì)使原本沒(méi)有故障的饋線跳閘。③改變了配電網(wǎng)的故障水平。故障水平提高還是降低取決于運(yùn)行的分布式電源數(shù)量和種類，故障水平的提高要求開(kāi)關(guān)設(shè)備的升級(jí)，故障水平的降低可能會(huì)給過(guò)電流保護(hù)帶來(lái)問(wèn)題。因此，若某配電區(qū)域的分布式電源容量很大，而使故障電流產(chǎn)生大幅度的變化，則必須提高其斷路器的容量和升級(jí)保護(hù)裝置。

3.4 對(duì)電力市場(chǎng)的影響

在國(guó)家電改的大趨勢(shì)下，分布式發(fā)電的興起為電力市場(chǎng)的發(fā)展提供了更為廣闊的機(jī)會(huì)和平臺(tái)，為各級(jí)用戶提供了更多的選擇和模式[6]，如電力供應(yīng)商的選擇更為激烈，用戶可以選擇性價(jià)比更高的供應(yīng)商;分布式發(fā)電雖然質(zhì)量難以保證，但是在特殊行業(yè)特殊時(shí)間，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求可能更低，這就為分布式發(fā)電的應(yīng)用提供了平臺(tái);用戶可以直接自己發(fā)電或者儲(chǔ)存電能，擺脫常規(guī)電網(wǎng)的各種限制。

目前，國(guó)內(nèi)兩大電網(wǎng)公司的電力改革重心主要集中在售電端的開(kāi)發(fā)，即建立完善各自的電力售賣平臺(tái)，這為分布式發(fā)電提供了競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)和發(fā)展的空間。但是，我們也應(yīng)該看到，當(dāng)前模式下，分布式發(fā)電無(wú)論是規(guī)模還是質(zhì)量上都還不具備獨(dú)立成網(wǎng)的基礎(chǔ)，依附于常規(guī)網(wǎng)架或者作為網(wǎng)架的應(yīng)急補(bǔ)充是分布式發(fā)電當(dāng)前扮演的主要角色。隨著電力改革進(jìn)入深入?yún)^(qū)，市場(chǎng)、用戶均需要分布式發(fā)電能夠承擔(dān)更為重要的責(zé)任，這不僅是技術(shù)層面，也是管理層面、決策層面等多個(gè)路線的綜合考慮。只有順應(yīng)市場(chǎng)，把握電力改革的紅利，分布式發(fā)電才能創(chuàng)造出更為廣泛的機(jī)會(huì)，才能真正贏得和常規(guī)網(wǎng)架公平競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了分布式發(fā)電的有關(guān)概念、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、相關(guān)技術(shù)以及對(duì)電力系統(tǒng)的影響?？梢钥闯?，在未來(lái)，分布式發(fā)電將擁有越來(lái)越大的市場(chǎng)份額，并將與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)結(jié)合形成一個(gè)高效、靈活的電力系統(tǒng)，提高整個(gè)社會(huì)的能源利用效率，提高整個(gè)供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。然而，它在電網(wǎng)中的接入也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、電力系統(tǒng)控制和繼電保護(hù)造成負(fù)面影響。這就需要我們進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)分布式發(fā)電技術(shù)的研究，使之能早日在電力系統(tǒng)中發(fā)揮巨大穩(wěn)定的作用。

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