分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

張浙波 葉飛宇 趙申軼

摘? ?要：近年來(lái)，伴隨科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)電力行業(yè)開(kāi)始全面推廣和使用分布式發(fā)電和微電網(wǎng)技術(shù)。鑒于此，本文首先介紹了這兩種技術(shù)的定義和特點(diǎn)，其次結(jié)合實(shí)例分析了其應(yīng)用需求，最后對(duì)二者在電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)探討。旨在為相關(guān)人員提供參考，為提高我國(guó)電力水平貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電? 微電網(wǎng)技術(shù)? 電網(wǎng)

電力行業(yè)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須加強(qiáng)分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。因?yàn)槠湓陔娋W(wǎng)中不僅能避免負(fù)荷過(guò)度依賴大電網(wǎng)，縮短電力運(yùn)輸距離，減少電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的開(kāi)銷，還能有效提升電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)性災(zāi)難的能力，保證供電的穩(wěn)定性與安全性。

1? 分布式發(fā)電概述

1.1 基本定義

所謂分布式發(fā)電，具體是指通過(guò)使用不同分散存在的、可用的能源，如本地可直接獲得的化石類燃料、可再生能源來(lái)供電的一種技術(shù)。其電源為獨(dú)立電源，電功率較小，一般在幾千瓦到數(shù)百兆瓦之間，以分散的方式放置在客戶周圍。鑒于其發(fā)電規(guī)模比較小，所以經(jīng)常接入配電網(wǎng)。

1.2 主要特點(diǎn)

第一，容量較小，在幾十千瓦和幾百兆瓦之間。第二，具有分散性，能在客戶周圍就近輸電，降低高壓供電網(wǎng)絡(luò)資金投入。第三，具有可控性，可以為客戶供應(yīng)優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的電能。第四，易被天氣因素干擾，有一定的波動(dòng)性與隨機(jī)性。第五，某些系統(tǒng)可進(jìn)行熱、電、冷聯(lián)供，有效提升能源使用率。第六，多種并網(wǎng)形式和一次能源方式，可提高諸多可再生能源的利用率，如燃料電池、太陽(yáng)能、水能等等。當(dāng)然，缺點(diǎn)也是有的，如安裝成本高，不易控制主網(wǎng)[1]。

2? 微電網(wǎng)概述

2.1 基本定義

其是一種新興的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由各種裝置（能量轉(zhuǎn)化裝置、保護(hù)裝置、儲(chǔ)能裝置）、系統(tǒng)（管理系統(tǒng)、有關(guān)監(jiān)控與負(fù)荷）以及分布式電源共同組成，屬于小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)不僅能獨(dú)立運(yùn)行，還能和外界電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，做到電、熱、冷三聯(lián)供。

2.2 主要特點(diǎn)

第一，不僅保留了每個(gè)獨(dú)立分布式發(fā)電系統(tǒng)所具備的長(zhǎng)處，還添加了集成各種分布式電源的新模式。第二，微電網(wǎng)可獨(dú)立運(yùn)行，這便決定了其并不會(huì)對(duì)大電網(wǎng)造成不良影響，因此無(wú)需改變后者的運(yùn)行策略。第三，可采用不同的方法連接和斷開(kāi)分布式電源，確保其和大電網(wǎng)順利完成并網(wǎng)和切離的轉(zhuǎn)換。第四，若上級(jí)電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，可獨(dú)立運(yùn)行持續(xù)輸電，有效提升供電穩(wěn)定性。第五，加大系統(tǒng)容量，同時(shí)搭配儲(chǔ)能系統(tǒng)，增加其慣性，以防出現(xiàn)電壓閃變與波動(dòng)情況，保證電能質(zhì)量。第六，可處理某些調(diào)峰與備用問(wèn)題，滿足不同地區(qū)、不同季節(jié)的電力需求，確保供電系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性滿足客戶要求[2]。

3? 分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用需求

3.1.1 分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用需求

以我國(guó)某地區(qū)為例，其距大陸較遠(yuǎn)，還未實(shí)現(xiàn)和大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，雖然此地區(qū)對(duì)電力并沒(méi)有過(guò)高的需求，但要是把電力系統(tǒng)引進(jìn)此地區(qū)，將會(huì)花費(fèi)大量成本。分布式發(fā)電在此方面卻沒(méi)有過(guò)多要求，而且敏捷性較好，只需耗費(fèi)一少部分成本便可依靠本地的自然資源完成發(fā)電?，F(xiàn)階段，此地區(qū)具有大量分散性的海島風(fēng)能源，應(yīng)用此種發(fā)電方式是最佳選擇。另外，若出現(xiàn)季候風(fēng)，還能依靠布置在附近的分布式電源進(jìn)行輸電，這樣不僅能滿足用電量較大的客戶用電需求，還能保證為用電量較小的客戶持續(xù)供電。

3.1.2 微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用需求

某地區(qū)電網(wǎng)中共有139座中小水電并網(wǎng)運(yùn)行，一旦設(shè)備設(shè)施或110kV電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，現(xiàn)階段采用的處理方法是隔離和限制小電源，這樣能降低其對(duì)大電網(wǎng)的不良影響，以防非同期并網(wǎng)。此方法并沒(méi)有兼顧到和主網(wǎng)斷開(kāi)后小水電獨(dú)自運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致部分電網(wǎng)穩(wěn)定性下降。此時(shí)，微電網(wǎng)的重要性凸顯出來(lái)，可通過(guò)其來(lái)正確配置小水電和其負(fù)荷，組成一個(gè)縣級(jí)的獨(dú)立自主的微電網(wǎng)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中利用負(fù)荷與電源的互動(dòng)性和可控性，為客戶提供優(yōu)質(zhì)電能。主網(wǎng)在斷開(kāi)狀態(tài)下，微電網(wǎng)一邊并網(wǎng)一邊運(yùn)輸負(fù)荷，哪怕主網(wǎng)出現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題其也能自行轉(zhuǎn)換到獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)。針對(duì)主網(wǎng)而言，微電網(wǎng)象征著一個(gè)主體單元，能順利連接到主網(wǎng)共同運(yùn)行[3]。

鑒于并網(wǎng)線路運(yùn)輸容量有限，汛期電網(wǎng)棄水問(wèn)題非常惡劣，采用微電網(wǎng)技術(shù)，把其中剩下的電能在網(wǎng)內(nèi)就近輸送給本地用電量較大的客戶，不僅能改善棄水問(wèn)題，還能確保地區(qū)電量送電均衡，保持內(nèi)部供需平衡，有助于避免在電網(wǎng)汛期發(fā)生窩電狀況。

3.2 主要技術(shù)

現(xiàn)階段，利用率較高的分布式發(fā)電技術(shù)有以下幾種：一是風(fēng)力發(fā)電;二是光伏發(fā)電;三是儲(chǔ)能電池。不同類型的發(fā)電形式，存在的技術(shù)難點(diǎn)也大相徑庭，應(yīng)用時(shí)要做到具體問(wèn)題具體分析。

3.2.1 風(fēng)力發(fā)電

此地區(qū)中部和沿海地區(qū)擁有大量的風(fēng)能資源，西南部土地資源緊缺，加上近年來(lái)負(fù)荷成長(zhǎng)速度過(guò)慢，風(fēng)機(jī)布點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)很遠(yuǎn)的距離才能把電力供應(yīng)到東部去，其布置在中部區(qū)域。為減少發(fā)電投入，同時(shí)兼顧到東部柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)能力與中東部以及中部的負(fù)荷能力，打算建設(shè)5*750W風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，4MW裝機(jī)容量;機(jī)組連接10kV電壓等級(jí)電網(wǎng)，把機(jī)組設(shè)立在地區(qū)中路偏南位置。通過(guò)運(yùn)算可知，機(jī)組理論、實(shí)際年發(fā)電量分別為9730MWh、7128MWh，一年滿發(fā)2020h。

3.2.2 光伏發(fā)電

由于此地光伏資源較少，相關(guān)設(shè)施龐大，因此不建議再建光伏電站，但要預(yù)留出并網(wǎng)接口。

3.2.3 儲(chǔ)能電池

中部建設(shè)了風(fēng)力發(fā)電站，為最大化的避免間歇性對(duì)系統(tǒng)造成的不良影響，在靠近風(fēng)力發(fā)電的地方，建設(shè)了500kW×6h的儲(chǔ)能電池，并配備了相適應(yīng)的變流器，和中部10kV開(kāi)關(guān)站相連接。結(jié)合電源計(jì)劃的規(guī)模與之前的布置情況，制定出以下方案：在地區(qū)東南部建設(shè)一個(gè)柴油機(jī)發(fā)電廠，設(shè)立7臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組（1000kW），并在機(jī)組內(nèi)連接電壓等級(jí)電網(wǎng)（10kV）。在中部偏南位置建設(shè)風(fēng)力發(fā)電組（5×750kW），在其中連接電壓等級(jí)電網(wǎng)（10kV）。在中部靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)的地方，建設(shè)儲(chǔ)能電池（500kW×7h）。

3.3 技術(shù)原則

3.3.1 不同運(yùn)行模式優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)換

近年來(lái)，某地區(qū)智能微網(wǎng)使用的是孤立運(yùn)行模式，日后將變成聯(lián)網(wǎng)大電網(wǎng)運(yùn)行模式。此項(xiàng)目利用新興的通信技術(shù)與科學(xué)的控制對(duì)策，通過(guò)微網(wǎng)一體化智能系統(tǒng)完成不同運(yùn)行方式間的優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)換，大大降低其對(duì)微電網(wǎng)的不良影響，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

3.3.2 不同可再生資源的調(diào)控

采用高新的控制與通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)協(xié)調(diào)不同種類的可再生能源系統(tǒng)，這樣一來(lái)能大大提高再生能源的利用率。此外，由于此種資源具有多元性，能有效避免過(guò)去單一再生能源出現(xiàn)供電波動(dòng)性、間歇性狀況，讓再生清潔能源充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。

3.3.3 大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用

關(guān)于智能微網(wǎng)工程，此地區(qū)安排了相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)（500kW×7h），通過(guò)普通蓄電池和新型儲(chǔ)能電池聯(lián)合使用的方法，來(lái)提高電能質(zhì)量與資源利用率。不僅有效提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還發(fā)揮了一定的技術(shù)帶頭作用。

3.3.4 需求側(cè)管理水平與客戶參與率的提高

為讓電力企業(yè)和用戶之間保持緊密聯(lián)系，有良好的契合度，可采用智能調(diào)控用電負(fù)荷與建設(shè)AMI的方法，同時(shí)搭配高新技術(shù)（控制技術(shù)、傳感技術(shù)等）來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如：用戶能按照自己的用電需求向電力公司反映實(shí)際情況，這有利于電力公司準(zhǔn)確調(diào)節(jié)峰谷，不斷提高需求側(cè)管理水平[4]。

3.3.5 智能化、自動(dòng)化運(yùn)行微電網(wǎng)

今后微電網(wǎng)的發(fā)展方向?qū)?huì)以智能化與自動(dòng)化為主，通過(guò)其來(lái)減輕工作人員的壓力，做到無(wú)人看守。在建立過(guò)程中，不僅要使用各種高新技術(shù)，還要建設(shè)一個(gè)多電源的調(diào)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程觀測(cè)等等，在各項(xiàng)工作中實(shí)現(xiàn)智能化。另外，建設(shè)智能系統(tǒng)是保證微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的有效途徑，需擁有綜合能量監(jiān)管以及環(huán)境、微網(wǎng)、視頻監(jiān)控等功能，以確保系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

3.4 發(fā)展方向和優(yōu)勢(shì)

在我國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，配電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)向主動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。引進(jìn)分布式發(fā)電，能把發(fā)電側(cè)和客戶側(cè)完美銜接在一起，讓二者都能積極參加到電力系統(tǒng)的完善過(guò)程中，再結(jié)合微電網(wǎng)技術(shù)，可以讓主動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越優(yōu)化。

把配電網(wǎng)運(yùn)行和分布式發(fā)電聯(lián)系起來(lái)，就好比在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中放入了分布式電源。將其和微電網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)，就好比供電系統(tǒng)間可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)并列運(yùn)行。分布式電源和微電網(wǎng)技術(shù)的融合，能充分發(fā)揮出前者智能性與敏捷性的優(yōu)勢(shì)，為不同分布式電源實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。毫不夸張的說(shuō)，這是分布式電源效能最重要的運(yùn)行模式。通過(guò)深入研究微電網(wǎng)和分布式電源技術(shù)可知，把再生能源融入其中，能提高負(fù)荷的多樣性，進(jìn)而確保電網(wǎng)更加穩(wěn)定、順利的運(yùn)行[5]。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在電網(wǎng)中應(yīng)用分布式發(fā)電和微電網(wǎng)技術(shù)，是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。相關(guān)人員必須要對(duì)此予以高度重視，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，有針對(duì)性的選用技術(shù)手段和應(yīng)對(duì)措施，充分發(fā)揮出二者的優(yōu)勢(shì)，為用戶提供更加安全、更加可靠的電能，不斷提高電網(wǎng)建設(shè)水平。

參考文獻(xiàn)

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