分布式發(fā)電對配電網(wǎng)可靠性的影響研究

齊怡菲

摘要：隨著我國自然環(huán)境污染的日益嚴重，大力發(fā)展分布式發(fā)電技術(shù)成為當前世界電力技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。分布式發(fā)電技術(shù)就是為了滿足一些特定用戶的需求，支持原有配電網(wǎng)運行而設(shè)計安裝在用戶或者附近的小型發(fā)電機。由于分布式發(fā)電的容量比較小，其在介入配電網(wǎng)系統(tǒng)后會改變配電網(wǎng)的電量大小以及分布等情況，而配電網(wǎng)繼電保護裝置是保護配電網(wǎng)安全運行的設(shè)備，如果改變配電網(wǎng)電量大小等必然會對配電網(wǎng)繼電保護裝置產(chǎn)生一定的影響。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電;配電網(wǎng);影響

引言：世界性能源危機不僅提高了人們的環(huán)保意識而且催生出了新的發(fā)電技術(shù)。隨著新能源發(fā)電技術(shù)的提高，電力供應的安全性和經(jīng)濟性也會不斷提升。目前分布式電源DG已經(jīng)成為電力行業(yè)的研究熱點，本文通過對分布式發(fā)電的技術(shù)特點以及對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響，對含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)規(guī)劃在目標函數(shù)的求解中提出新思路。

1新型分布式發(fā)電方式

1.1太陽能發(fā)電

太陽能光伏發(fā)電是目前得到廣泛應用的新型能源發(fā)電方式。它的發(fā)電原理是通過半導體材料所具有的光電效應來將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。自然因素會對光伏發(fā)電產(chǎn)生比較大的影響，主要是日照強度以及電池結(jié)溫會對其輸出功率造成影響。雖然太陽能發(fā)電的方式仍存在成本過高、電能轉(zhuǎn)化率較低等缺點，但是太陽能作為清潔能源，具有設(shè)備投入使用后運行成本非常低、發(fā)電裝置安全性高、建設(shè)規(guī)模靈活等優(yōu)點，因此仍是發(fā)展前景被一致看好的分布式發(fā)電方式。

1.2風力發(fā)電

風能具有蘊藏量大、分布范圍廣、發(fā)電成本低、可再生等經(jīng)濟和環(huán)保優(yōu)勢。到目前為止，風力發(fā)電的技術(shù)水平已經(jīng)得到提升，并且風能發(fā)電的規(guī)模也在不斷擴大。風力發(fā)電的形式主要分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型兩種。另外，風力發(fā)電還可以與其他發(fā)電方式同時運行，例如，風力發(fā)電與柴油機發(fā)電互補。聯(lián)合發(fā)電模式在有效利用資源的同時，還能減低發(fā)電成本。我國進行大規(guī)模風力發(fā)電開發(fā)采用的形式主要為并網(wǎng)型風力發(fā)電，這種發(fā)電形式也是近年來風力發(fā)電的主要發(fā)展趨勢。而離網(wǎng)型的發(fā)電形式則主要為無電網(wǎng)地區(qū)的居民供給電能。

1.3微型燃氣輪機發(fā)電

微型燃氣輪機的燃料以甲烷、天然氣為主，是一種具有操作簡單、體積較小、構(gòu)造簡單、使用壽命長、噪音小等特點的小型熱力發(fā)電機。微型燃氣輪機發(fā)電是DG在短期內(nèi)供電規(guī)劃中供電設(shè)備的最佳選擇，同時是現(xiàn)在商業(yè)競爭力較強且發(fā)展比較成熟的DG。微型燃氣輪機發(fā)電過程通常通過回熱式的白朗托循環(huán)來完成，將最初產(chǎn)生的高周波交流電通過逆變器來進行轉(zhuǎn)換，最終形成交流電來供給用戶使用。另外，微型燃氣輪機也存在安裝費用高、熱能轉(zhuǎn)換功率低等缺點。因此，微型燃氣輪機仍沒有得到大規(guī)模的發(fā)展，而是在小范圍內(nèi)結(jié)合熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，來有效利用廢棄熱能，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

2分布式電源對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

2.1運營管理難度加大

大量增加DG的接入不僅會使配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，還會加劇電網(wǎng)公司與DG安裝用戶以及獨立投資商之間的沖突矛盾。由于繼電保護、電壓調(diào)整等問題會使系統(tǒng)的運行受到影響，要確保配電網(wǎng)能夠穩(wěn)定安全運行，就要增加電子設(shè)備，同時采取措施使DG能夠集成到配電系統(tǒng)中。這一過程的實現(xiàn)不僅要對現(xiàn)有配電系統(tǒng)進行改造，還要將管理配電網(wǎng)的方式由被動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?。同時，根據(jù)DG使用能源的多樣化，還需將配電網(wǎng)中的能源結(jié)構(gòu)做出調(diào)整，并使各種新型能源有效地發(fā)揮作用。

2.2問題求解難度增大

從數(shù)學角度來看，配電網(wǎng)規(guī)劃問題的求解實際上是尋找優(yōu)化問題最佳方案的過程，而規(guī)劃問題求解的難易程度與維數(shù)密切相關(guān)。分布式電源的接入，會使發(fā)電機節(jié)點大量增加，同時使規(guī)劃問題的求解過程更加復雜，難度增大。配電網(wǎng)的規(guī)劃年限通常為5～20年，在規(guī)定的年限內(nèi)，一般會假設(shè)配電網(wǎng)的負荷是逐年增加的，由于一些新的中、低壓節(jié)點的大量增加，會導致變電站不斷增建。由于規(guī)劃時需同時考慮幾千個節(jié)點對配網(wǎng)動態(tài)屬性進行分析，然后與其維數(shù)相關(guān)聯(lián)。而發(fā)電機節(jié)點的增加，會使規(guī)劃過程中尋找可以降低建造和維護成本以及電能消耗的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案的難度大大增加。

2.3供電設(shè)備利用率降低

由于DG在替代架設(shè)線路的同時，增大配電網(wǎng)的供電容量，因此DG的投入使用會降低對配電網(wǎng)的資金投入。同時DG的接入可能會使原有的供電容量處于備用狀態(tài)，增加成本。用戶一般只有在分布式電源不能滿足使用需求的時候才會選擇從系統(tǒng)購電。因此，當某一區(qū)域的供電容量比較大時，分布式電源接入后就足以保障該區(qū)域用戶的日常使用，而導致原有的供電設(shè)備處于低使用率甚至閑置狀態(tài)，從而使供電企業(yè)的投資回報率大大降低。因此，在充分利用DG發(fā)電成本低的經(jīng)濟優(yōu)勢的同時，還要兼顧在配電網(wǎng)規(guī)劃過程中使DG與原有供電容量配合使用的問題。

2.4負荷的預測難度增加

負荷預測作為配網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，會在分布式電源接入到配網(wǎng)系統(tǒng)后出現(xiàn)的一系列不確定因素而增加難度。通常來說，分布式電源的接入是保障用戶的自主需求，而對于配電系統(tǒng)而言，分布式電源接入后使負荷的增長模式出現(xiàn)了變化，造成負荷增長速度的預測難度增加，以及配電系統(tǒng)規(guī)劃的不確定性增加。另一方面，DG雖然具有低耗能以及降低電網(wǎng)升級改造投資的優(yōu)點，但是如果不控制DG的發(fā)展規(guī)模以及接入點的位置，也會造成電能的大量損耗，甚至會導致配電系統(tǒng)中的一些節(jié)點電壓不穩(wěn)定，對故障電流的持續(xù)時間、電流大小以及方向都會產(chǎn)生影響。除此以外，新型發(fā)電能源的DG也會因為其具有的間歇性、不可控性及隨機波動性等性質(zhì)增加對負荷預測的不確定因素。

2.5配電網(wǎng)出現(xiàn)雙向潮流

自變電站流向用戶的潮流是配電網(wǎng)用來調(diào)壓的基礎(chǔ)。在DG接入配電網(wǎng)后，配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由原來的放射狀變?yōu)槎嚯娫?，潮流的大小及方向也會隨之發(fā)生改變，進而引起電力系統(tǒng)中的電壓變化。不接入DG的配電網(wǎng)一般采用開環(huán)運行的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，潮流的流動方向多為單向。但是DG接入后，雙向潮流會使配電網(wǎng)的繼電保護以及調(diào)壓系統(tǒng)受到影響。另外，DG接入使潮流雙向流動的問題還會導致配電網(wǎng)過流保護系統(tǒng)的靈敏度降低，甚至通過影響故障電流來改變短路水平，從而降低整個電力系統(tǒng)的安全可靠性。

3含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃問題的求解

配電網(wǎng)規(guī)劃的目的在于通過對規(guī)劃期間的負荷預測結(jié)果以及現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來選擇最優(yōu)系統(tǒng)改造方案。在保障系統(tǒng)的安全性能以及負荷正常增長的條件下，來使配電網(wǎng)的建設(shè)以及運行費用達到最低。在數(shù)學領(lǐng)域，配電網(wǎng)的規(guī)劃實際上是求解優(yōu)化問題。在常規(guī)的配網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，分布式電源接入的配電網(wǎng)規(guī)劃還要考慮接入位置以及容量對函數(shù)的影響。很多數(shù)學上的優(yōu)化算法，例如以分支定界法以及線性規(guī)劃法為主要代表的經(jīng)典優(yōu)化算法，還有以蟻群算法、遺傳算法為代表的啟發(fā)式優(yōu)化算法，都可以用于含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃問題的求解。由于啟發(fā)式算法相比于經(jīng)典算法，具有計算速度快且精確度高的優(yōu)點，因此在工程中常用啟發(fā)算法來求解規(guī)劃問題。

4結(jié)語

隨著自然資源的日益緊張，分布式發(fā)電在社會生活中的應用越來越廣泛，其在彌補電力緊張、保障電力持續(xù)運行、降低能源消耗等方面發(fā)揮著重要的作用。同時我們也要看到分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響，因此為保障電力系統(tǒng)的正常工作，需要綜合考慮電力系統(tǒng)的使用情況，合理地選擇相應的繼電保護裝置。

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