探析新能源發(fā)電與分布式發(fā)電及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響

史明亮

（國(guó)華能源投資有限公司，北京 100007）

近年來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，國(guó)家開(kāi)始大力宣傳綠色可持續(xù)發(fā)展。在這種模式發(fā)展背景下，不僅要保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提升，還要注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境，正確處理經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)保之間的關(guān)系。目前，我國(guó)仍然存在較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，能源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)峻。為更好地解決這一問(wèn)題，我國(guó)開(kāi)始重視能源的環(huán)保性，不斷提高電力發(fā)電的安全性和電能的質(zhì)量。但是，由于電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和電網(wǎng)系統(tǒng)自身的缺陷，現(xiàn)有的能源模式無(wú)法滿足現(xiàn)代化電力發(fā)展的需求。因此，需要相關(guān)電力企業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展理念，不斷分析與研究新能源發(fā)電和分布式發(fā)電技術(shù)，達(dá)到提高發(fā)電安全性能、降低電力系統(tǒng)帶來(lái)的不良影響的效果。

1 分布式發(fā)電技術(shù)

1.1 分布式發(fā)電的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

分布式發(fā)電主要指由多個(gè)單一模塊組合而成的發(fā)電設(shè)施。它的單一模塊包括儲(chǔ)存單元、發(fā)電單元以及控制單元等。為了更好地滿足特定用戶的需求，利用分布式發(fā)電可以專(zhuān)門(mén)為特定用戶執(zhí)行發(fā)電操作。這種模式與之前較為傳統(tǒng)集中化模式相比，更有利于區(qū)域內(nèi)電力的自我控制，并能做到分配調(diào)整的效果，在一定程度上節(jié)約了特殊情況下各個(gè)用電區(qū)域的電量，降低了電力運(yùn)輸成本，確保了用電設(shè)備的安全性和可靠性。分布式發(fā)電模式按能源類(lèi)型可以細(xì)分為天然化石能源發(fā)電、混合能源發(fā)電和可再生能源發(fā)電3類(lèi)。利用這種新一代能源發(fā)電對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行能源開(kāi)發(fā)具有重要作用與意義，能夠更好地滿足我國(guó)對(duì)清潔能源的需求。

1.2 分布式發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

1.2.1 分布式發(fā)電對(duì)控制系統(tǒng)的影響

電力系統(tǒng)有很多種類(lèi)的控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)這些控制系統(tǒng)時(shí)，主要采用單向潮流的方式。在這一過(guò)程中，若接入分布式電源，會(huì)使不同支路潮流方向發(fā)生改變。造成這種現(xiàn)象的原因不僅與分布式電源接入位置有關(guān)，還與分布式電源容量的大小有關(guān)。同時(shí)，將這種模式應(yīng)用于電力系統(tǒng)，還會(huì)影響原來(lái)線路中各種類(lèi)型的控制系統(tǒng)[1]。為了能夠合理有效地解決這一問(wèn)題，大多數(shù)電力企業(yè)開(kāi)始將逆變器安裝于并網(wǎng)。但是，利用這種方式接入分布式電源，會(huì)影響電力系統(tǒng)的浪涌傳播。因此，要大力研究新型電力電子變換器，使電力系統(tǒng)更好地實(shí)現(xiàn)分布式電源接入效果。

1.2.2 分布式發(fā)電對(duì)電能質(zhì)量的影響

現(xiàn)階段，分布式發(fā)電技術(shù)主要是在電力電子技術(shù)的指導(dǎo)下產(chǎn)生的。由于大量的電子轉(zhuǎn)換器在使用過(guò)程中會(huì)受到壓力，導(dǎo)致非線性負(fù)載的數(shù)量逐漸變多，電流電壓參數(shù)發(fā)生異常波動(dòng)，不利于整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行[2]。在對(duì)電力質(zhì)量的影響方面，這種發(fā)電方式主要體現(xiàn)在諧波污染和電壓閃變兩個(gè)方面，但在一定程度上也能改善電能的質(zhì)量。例如：當(dāng)電網(wǎng)所關(guān)聯(lián)的負(fù)載較大時(shí)，分布式發(fā)電快速進(jìn)入使用，能夠有效避免電力系統(tǒng)發(fā)生故障，從而起到穩(wěn)定電網(wǎng)、保障電能質(zhì)量的作用。

1.2.3 分布式發(fā)電對(duì)繼電保護(hù)的影響

電力系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)主要呈現(xiàn)出放射狀。在一些偏僻的農(nóng)村地區(qū)，為了能夠使電流運(yùn)行變得更加簡(jiǎn)單，增強(qiáng)過(guò)電保護(hù)中的經(jīng)濟(jì)效益，一般使用這種放射狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)[3]。但是，如果將分布式電源接入放射狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，容易出現(xiàn)潮流發(fā)現(xiàn)變化的現(xiàn)象。在這一過(guò)程中，對(duì)繼電保護(hù)設(shè)施的影響主要有兩個(gè)方面。一方面，接入分布式電源有可能會(huì)造成原來(lái)的繼電保護(hù)裝置失去作用，主要原因在于使用分布式發(fā)電方式時(shí)，電力系統(tǒng)內(nèi)部存在故障電流[4]。另一方面，由于大量接入分布式電流，很有可能造成繼電保護(hù)出現(xiàn)失誤現(xiàn)象，在沒(méi)有故障的狀態(tài)下還有可能造成饋線跳閘問(wèn)題頻發(fā)。

1.2.4 分布式發(fā)電對(duì)系統(tǒng)電壓的影響

在分布式發(fā)電狀態(tài)下，要保證每個(gè)站點(diǎn)內(nèi)所有電源必須和總的電力分配系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間相互連接。電源接入分配系統(tǒng)后，該系統(tǒng)的電源組織結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，由原先的單一電源組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫唇M織結(jié)構(gòu)，且電流大小與方向隨之發(fā)生很大改變，分布狀態(tài)也不再僅僅是一種放射性電源分布，對(duì)整體的電網(wǎng)穩(wěn)定性不利[5]。針對(duì)這種現(xiàn)象，相關(guān)的電力企業(yè)必須要有針對(duì)性地優(yōu)化與改良原有的調(diào)節(jié)方案，設(shè)計(jì)出更加高效的調(diào)節(jié)計(jì)劃。同時(shí)，分布式電源的容量與位置還會(huì)對(duì)電壓的變化造成一定影響，可以通過(guò)開(kāi)展電壓調(diào)節(jié)操作的方式降低電網(wǎng)負(fù)荷點(diǎn)電壓提升的情況，確保居民用電安全。

1.2.5 分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)磨損的影響

配電網(wǎng)在使用過(guò)程中出現(xiàn)了損耗現(xiàn)象，主要原因是出現(xiàn)了潮流現(xiàn)象。將分布式電源接入電網(wǎng)后，很容易引起電力負(fù)荷的變化。它接入的位置、運(yùn)行的主要方式以及容量的大小對(duì)配電網(wǎng)的磨損都會(huì)造成影響。若接入的容量較小，則所造成的磨損也相對(duì)較??；若容量超過(guò)了電力負(fù)荷的要求，則所造成的電網(wǎng)磨損將會(huì)很大。此外，通過(guò)計(jì)算與分析潮流可以發(fā)現(xiàn)，將異步傳動(dòng)感應(yīng)式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)接入電力系統(tǒng)，會(huì)增加電力系統(tǒng)的損耗。

2 新能源發(fā)電技術(shù)

2.1 新能源發(fā)電的概念及優(yōu)勢(shì)

新能源主要是指除了傳統(tǒng)能源外所展現(xiàn)的各種新型能源形式。近年來(lái)，隨著新能源在發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用，電力企業(yè)在發(fā)電過(guò)程中不再是僅僅依靠于石油、煤炭等能源進(jìn)行發(fā)電作業(yè)，而是更多地利用新能源開(kāi)展發(fā)電作業(yè)，如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水能發(fā)電以及地?zé)崮馨l(fā)電等。新能源發(fā)電不僅可以?xún)?yōu)化資源配置，使一些過(guò)剩的能源轉(zhuǎn)變成為可利用的能源，提高能源利用率，而且與傳統(tǒng)能源相比不會(huì)造成污染，提高了環(huán)境質(zhì)量[6]。但是，因?yàn)槲覈?guó)在使用新能源的過(guò)程中還未進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)采與開(kāi)發(fā)，且各地區(qū)之間差異較大，所以利用新能源發(fā)電的工作難度較大。

2.2 新能源發(fā)電模式對(duì)電力系統(tǒng)的影響

2.2.1 新能源發(fā)電對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

通常情況下，利用新能源發(fā)電時(shí)，如果電網(wǎng)規(guī)模較大，那么其儲(chǔ)備的空間也會(huì)比較充足，電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力也相對(duì)較高。因此，在將新能源并入電網(wǎng)時(shí)，不需要考慮電能頻率是否具有穩(wěn)定性。若電網(wǎng)規(guī)模小，在進(jìn)行新能源并網(wǎng)時(shí)，很容易影響整個(gè)電力系統(tǒng)中的電能穩(wěn)定性。另外，新能源分布存在一定的地域差異，且易受自然環(huán)境的影響，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。例如：利用太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)，若出現(xiàn)陰天或雷雨天氣，會(huì)大大降低發(fā)電效率；風(fēng)能發(fā)電只能在有風(fēng)的情況下工作；水能、地?zé)崮艿劝l(fā)電方式受環(huán)境條件的限制，只能夠在特定地點(diǎn)開(kāi)展工作。由于這些新能源具有不穩(wěn)定性，若將其并入電網(wǎng)，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

2.2.2 新能源發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響

新能源發(fā)電使用的機(jī)組容量較小，且在發(fā)電過(guò)程中要用到非常多的異步發(fā)電機(jī)。因?yàn)檫@些異步發(fā)電機(jī)并不具備孤立的勵(lì)磁裝置，所以在進(jìn)行發(fā)電作業(yè)前裝置中并不存在電壓，可能造成系統(tǒng)起勵(lì)失敗。同時(shí)，利用異步發(fā)電機(jī)開(kāi)展并網(wǎng)工作時(shí)，過(guò)渡環(huán)節(jié)非常容易產(chǎn)生大量的電流波沖擊。一般情況下，所產(chǎn)生的電流數(shù)值為正常額定電流的5～6倍，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成巨大沖擊，甚至?xí)茐恼麄€(gè)電力系統(tǒng)。另外，若使用大量異步電機(jī)共同并網(wǎng)，會(huì)造成電網(wǎng)電壓大幅度波動(dòng)，不利于整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)于電力行業(yè)的要求越來(lái)越高。在進(jìn)行相關(guān)工作前，要結(jié)合分布式發(fā)電與新能源發(fā)電的特點(diǎn)，分析與研究?jī)烧叩膬?yōu)勢(shì)、缺點(diǎn)以及對(duì)電力系統(tǒng)的影響，將兩者有效結(jié)合，不只采用一種形式進(jìn)行發(fā)電工作。在利用新能源與分布式發(fā)電工作時(shí)，還要充分考慮并網(wǎng)過(guò)程對(duì)原有電力系統(tǒng)造成的不良影響，不斷提升其技術(shù)和應(yīng)用水平，從而確保電力系統(tǒng)工作的安全性和穩(wěn)定性。