關(guān)于分布式間歇性電源發(fā)展的思考

朱玥榮

華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 北京102206

0 引言

新能源的接入使電源和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中涉及的問(wèn)題變得越來(lái)越復(fù)雜，目前還沒(méi)有成熟方法和商用仿真軟件。間歇性電源既有多點(diǎn)相對(duì)集中又有高密度分散接入地區(qū)電網(wǎng)模式。在間歇性電源高出力時(shí)，地區(qū)負(fù)荷不能完全消納的部分，需要外送；而低出力時(shí)，地區(qū)有可能還需從區(qū)外獲得電力支持。這就形成了一種“電力吞吐型”區(qū)域電網(wǎng)。分布式電源的發(fā)展對(duì)電源結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)潮流等帶來(lái)了大量的不確定性因素，對(duì)配電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生多方面的影響，如：分布式電源的合理規(guī)模、布點(diǎn)以及如何與電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃相配合；分布式電源對(duì)中低壓配電系統(tǒng)可靠性的影響等。這些領(lǐng)域的研究在我國(guó)仍處于起步階段有待進(jìn)一步探索。

1 分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備的功率特性

1.1 風(fēng)力發(fā)電特性 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功功率主要由風(fēng)速?zèng)Q定，隨著風(fēng)速的變化，發(fā)電功率因此具有波動(dòng)性和偶然性，因此需要研究風(fēng)能的季節(jié)和日波動(dòng)特征，從整體上了解了分布式風(fēng)力發(fā)電的輸出規(guī)律，完善各種典型發(fā)電機(jī)功率輸出模型，定量分析風(fēng)力資源與分布式風(fēng)力發(fā)電的關(guān)系和特點(diǎn)。研究不同地理位置對(duì)風(fēng)力發(fā)電實(shí)際功率輸出特性的影響。

1.2 光伏發(fā)電的功率特性 由于光伏發(fā)電的輸出功率主要由太陽(yáng)輻射值決定，太陽(yáng)輻射的隨機(jī)變化會(huì)導(dǎo)致光伏發(fā)電的隨機(jī)性和間歇性。太陽(yáng)能資源的季節(jié)性和日內(nèi)波動(dòng)特征，需要研究各種典型的光伏發(fā)電發(fā)電模型中輻射與輸出之間的關(guān)系，分析不同的光能轉(zhuǎn)換效率對(duì)光伏功率的實(shí)際影響程度。

1.3 儲(chǔ)能設(shè)備的功率特性 研究燃料電池，飛輪和電動(dòng)汽車的充電和放電特性，通過(guò)分析各種典型集成模式下儲(chǔ)能設(shè)備的總體功率特性，研究電流和溫度等典型參數(shù)的變化。

1.4 分布式發(fā)電與負(fù)荷變化之間的關(guān)系 結(jié)合風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的變化規(guī)律以及典型的日負(fù)荷，在時(shí)間及空間二重維度下，定量衡量風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、以及負(fù)荷三變量因素之間的相關(guān)密切程度，分析發(fā)電與負(fù)荷之間的內(nèi)在相關(guān)性。

2 間歇性分布式電源對(duì)電網(wǎng)的影響

合理安裝分布式電源可有效改善配電網(wǎng)電壓、減小系統(tǒng)有功網(wǎng)損、提高系統(tǒng)負(fù)荷率；反之則會(huì)影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；必須滿足較多的限制條件。

2.1 分布式電源對(duì)系統(tǒng)安全性，穩(wěn)定性，電源可靠性和電能質(zhì)量的影響 電網(wǎng)中有分布式電源或大容量分布式電源增加，將對(duì)系統(tǒng)潮流，電壓穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性等產(chǎn)生重大影響，盲目引入分布式電源甚至可能使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性變差。不同類型的分布式電源對(duì)電網(wǎng)的電壓調(diào)整、電壓閃變、電壓不平衡、諧波污染等也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。對(duì)于具有大量分布式電源的配電系統(tǒng)，如果電源和電網(wǎng)協(xié)調(diào)不佳，則會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。

2.2 分布式電源對(duì)電源系統(tǒng)規(guī)劃的影響 用戶安裝分布式電源為自己提供電能，使得更加難于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)負(fù)荷增長(zhǎng)情況，從而影響電網(wǎng)規(guī)劃。優(yōu)化工具必須能夠準(zhǔn)確評(píng)估分布式電源對(duì)所在電網(wǎng)的影響，給出并網(wǎng)分布式電源的最優(yōu)位置和規(guī)模，使得分布式電源在電網(wǎng)的逐步滲透過(guò)程中不會(huì)破壞電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。此外，機(jī)組類型及所采用一次能源的多樣化，如何在配電網(wǎng)中確定合理的電源結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)和有效地利用各種類型的電源就成為迫切需要解決的問(wèn)題。

3 分布式間歇供電與電網(wǎng)發(fā)展探索

在典型的分布式電源配網(wǎng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，分析分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響可以從反向電源約束，電壓升高，短路電流，穩(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)損耗等的角度進(jìn)一步研究分布式電源與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的技術(shù)方案和原理。

與傳統(tǒng)電廠相比，分布式電源機(jī)組機(jī)組類型和所用能源的多樣性，輸出經(jīng)常波動(dòng)，并且受氣候和其他自然條件的影響波動(dòng)較大，有必要研究并構(gòu)建含分布式電源的典型配電網(wǎng)模型。由分布式發(fā)電接入引起的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的變化也有待進(jìn)一步探討。

(1)潮流。分布式電源接入電網(wǎng)后，配電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，配電網(wǎng)的潮流也發(fā)生了變化。因分布式電源的技術(shù)類型、運(yùn)行方式和控制策略的多樣性和不確定性，其潮流計(jì)算模型與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組模型不盡相同，需研究具有良好收斂特性的潮流算法。

(2)無(wú)功優(yōu)化和電壓控制。結(jié)合分布式電源本身的無(wú)功特性，分析無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的相互作用和協(xié)調(diào)優(yōu)化。

(3)短路故障分析與繼電保護(hù)協(xié)調(diào)。配電網(wǎng)絡(luò)一般為開環(huán)運(yùn)行、輻射供電和單向潮流，分布式電源并網(wǎng)使得配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及短路電流大小、流向和分布發(fā)生根本性變化，影響配電網(wǎng)中現(xiàn)有的各種保護(hù)設(shè)備。通過(guò)研究含有分布式電源的短路計(jì)算模型，采取合理并網(wǎng)措施可適應(yīng)現(xiàn)有的保護(hù)配置方案，同時(shí)改進(jìn)現(xiàn)有保護(hù)策略或新的保護(hù)方案和方法以應(yīng)對(duì)分布式電源的接入。

(4)穩(wěn)定性分析。隨著分布式電源滲透能力的提高，需要分析其對(duì)系統(tǒng)的功角、頻率和電壓穩(wěn)定性的影響。

(5)電能質(zhì)量控制。分布式發(fā)電對(duì)電能質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在電壓波動(dòng)和閃變，過(guò)電壓，諧波，電壓降和電涌等方面，研究合理有效的控制措施和解決方案。

4 結(jié)論

分布式電源模型主要體現(xiàn)在目標(biāo)函數(shù)和約束條件。目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)包括電源容量，可靠性，電網(wǎng)損耗，成本(臨時(shí))等，而約束條件一般包括潮流、電壓上下限、熱穩(wěn)定、短路電流、暫穩(wěn)、電源(包括分布式電源和變電站)容量約束等。含分布式電源的配電網(wǎng)運(yùn)行是一個(gè)電源電網(wǎng)聯(lián)合優(yōu)化協(xié)調(diào)問(wèn)題。多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的協(xié)調(diào)，不確定性因素的處理等是研究的難點(diǎn)。

探索典型分布式電源接入配電網(wǎng)技術(shù)方案，保證配電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，利用風(fēng)、光、儲(chǔ)、水等資源的互補(bǔ)特性使電網(wǎng)可靠供電和滿足電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，解決間歇性電源就地消納和外送，是分布式與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵。