分布式供電技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的運(yùn)用

丁 靜

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司 東臺(tái)市供電分公司，江蘇 東臺(tái) 224200）

0 引 言

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)步入高速發(fā)展階段，隨之而來的環(huán)境問題也日益突出，能源作為社會(huì)發(fā)展過程中不可或缺的重要組成部分，其與各行各業(yè)息息相關(guān)，各項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，其中分布式供電技術(shù)越來越成熟。與傳統(tǒng)電力技術(shù)相比較，分布式供電技術(shù)能夠有效克服與改善傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中存在的不足之處，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，將其與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)有效結(jié)合是當(dāng)前電力建設(shè)過程中所面臨的重難點(diǎn)問題。

1 分布式供電特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

分布式供電技術(shù)指的是獨(dú)立于大電網(wǎng)靠近終端用戶側(cè)的分散小規(guī)模供電系統(tǒng)，分布式供電系統(tǒng)種類煩瑣，且大多數(shù)都是50 MW以下的發(fā)電設(shè)備[1]。與一般的大電網(wǎng)供電系統(tǒng)相比較，其具備以下突出特點(diǎn)。（1）建設(shè)過程比較簡(jiǎn)單，前期投資成本較低，效果良好，多以風(fēng)能、太陽能等清潔可再生能源為原料，投資與安裝的成本比較小，過程便捷；（2）和用戶端相近，配電也更加方便，輸電過程中損耗低，可直接就近供電，有效避免在長(zhǎng)距離輸送過程中導(dǎo)致線損；（3）利用率更高，分布式能源供電能夠針對(duì)分布式電源的特征，合理控制電源的實(shí)際運(yùn)行過程及方式，從而實(shí)現(xiàn)電力能源梯級(jí)利用；（4）燃料更加多元化，且具有良好的環(huán)保性，供電系統(tǒng)充分利用清潔能源，在運(yùn)行中幾乎不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，發(fā)電等級(jí)也更低，電磁污染也更??；（5）運(yùn)行更加靈活，安全性與可靠性更高。分布式電源系統(tǒng)自身為單機(jī)容量，且比較小，具有獨(dú)立性特征，一旦出現(xiàn)故障，相互之間也不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，因此供電可靠性也更高[2]。

2 分布式電源的類型及運(yùn)用現(xiàn)狀

2.1 類 型

分布式電源大多數(shù)都是規(guī)模較小的電源，且多分散，針對(duì)發(fā)電過程中運(yùn)用的燃料可進(jìn)行細(xì)致劃分，包含太陽能、風(fēng)能、生物能以及微型燃?xì)廨啓C(jī)等。（1）微型燃?xì)廨啓C(jī)作為一種新型技術(shù)設(shè)備，主要燃料為汽油、丙烷、天然氣等，是一種小型熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，功率范圍為20～500 kW，整體效率較低，但能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)運(yùn)行，大大提高了能源利用率，同時(shí)具備一定的可操作性與連續(xù)性，是當(dāng)前最具潛力的分布式電源類型之一[3]。其原理如下：空氣在離心式壓縮機(jī)作用下逐漸轉(zhuǎn)換為高壓氣體，經(jīng)過預(yù)熱之后可作為氧化劑，慢慢進(jìn)入到燃燒器中，和燃料混合進(jìn)行燃燒，經(jīng)過燃燒后的高溫燃?xì)饪勺鳛閯?dòng)力進(jìn)一步推動(dòng)渦輪機(jī)工作，并帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。渦輪機(jī)在進(jìn)行做功之后會(huì)排放余熱，可利用熱交換器向外部供熱，這樣可實(shí)現(xiàn)能源的多元化利用與熱電聯(lián)產(chǎn)。（2）太陽能發(fā)電的基本原理實(shí)際上和熱發(fā)電比較類似，只是通過集熱器慢慢收集太陽能，通過半導(dǎo)體材料可將太陽能逐漸轉(zhuǎn)化成電能。太陽能發(fā)電技術(shù)越來越成熟，且?guī)缀醪粫?huì)受到地域因素的限制和影響，建設(shè)過程更加靈活、無污染，具有廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)前我國(guó)太陽能電池的產(chǎn)量正在逐年增加，但是其也會(huì)存在能量密度比較低以及受到氣候等方面因素的影響，前期的投入成本也比較低，這些也是當(dāng)前研究與發(fā)展的主要方向。（3）風(fēng)力發(fā)電主要是利用風(fēng)電動(dòng)力裝置，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)前比較先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率高，且可優(yōu)化，可最大程度上充分利用風(fēng)能。大中型風(fēng)電機(jī)組發(fā)電已經(jīng)是當(dāng)前主要發(fā)電形式之一，但其整體可靠性還有待提高，這也是阻礙其大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵性因素。（4）生物質(zhì)能發(fā)電主要是對(duì)生物質(zhì)加以轉(zhuǎn)化，使其成為電能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，根據(jù)一般常規(guī)發(fā)電技術(shù)完成發(fā)電。生物質(zhì)能近年來得到了快速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，其總量也比較豐富，在我國(guó)很多山區(qū)或農(nóng)業(yè)地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景[4]。

2.2 現(xiàn) 狀

當(dāng)前，分布式發(fā)電的整體規(guī)模比較小，用于發(fā)電的各類資源類型極其豐富，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的整體要求也不高，能夠獨(dú)立運(yùn)行，也可以和大電網(wǎng)之間互聯(lián)運(yùn)行，被廣泛應(yīng)用于比較偏遠(yuǎn)的山區(qū)或者鄉(xiāng)村，這些地區(qū)大電網(wǎng)無法覆蓋，互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行模式更多用于電網(wǎng)負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)。近年來，隨著分布式發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，其已經(jīng)逐漸成為學(xué)校、工廠以及企業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域首選的獨(dú)立供電方式，在西方國(guó)家已經(jīng)成為主要供電來源之一[5]。

3 分布式供電對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

3.1 對(duì)電能質(zhì)量的影響

3.1.1 系統(tǒng)電壓波動(dòng)受到的影響

系統(tǒng)配電網(wǎng)中，有功與無功負(fù)荷的不斷變化會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)波動(dòng)，其在末端的表現(xiàn)更加突出。分布式電源相對(duì)更加靠近用戶端，并網(wǎng)運(yùn)行則會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生波動(dòng)，體現(xiàn)在以下方面。該分布式電源具有較高的靈活性，可對(duì)大電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行起到協(xié)調(diào)的作用，減少電壓波動(dòng)。能源運(yùn)行存在較大的局限性，如風(fēng)力發(fā)電過程中，因輸出有功功率主要受到風(fēng)速快慢因素的影響，其整體可操控性比較差，無法和整體電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行。

3.1.2 諧波問題

分布式電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過程中也可能會(huì)存在諧波問題，每個(gè)分布式電源自身便是諧波源，而其中的部分電力電子器件也可能會(huì)導(dǎo)致諧波，因此需要充分考慮該問題，安裝恰當(dāng)?shù)臑V波器，從而不斷提高電力能源質(zhì)量[6]。

3.2 對(duì)電力系統(tǒng)安全性的影響

分布式電源接入會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全性與可靠性產(chǎn)生極大的影響，其作為備用電源，能夠提升電網(wǎng)輸電裕度。合理的電源布置與電壓調(diào)節(jié)方式具有低壓穿越能力，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，也可以繼續(xù)運(yùn)行，從而提高電壓的整體調(diào)節(jié)性能。分布式電源一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)則會(huì)被切斷，進(jìn)行連接的線路故障一旦重合，則會(huì)加快系統(tǒng)電壓的跌落速度。若電源未及時(shí)被切斷，則很容易觸發(fā)誤動(dòng)作，導(dǎo)致設(shè)備受損，線路無法得到及時(shí)修復(fù)，不能正常運(yùn)行，延長(zhǎng)故障時(shí)間，從而嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的運(yùn)行安全穩(wěn)定。除了以上各種不利因素外，安裝位置、容量以及連接方式等不合理也可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響[7]。

3.3 對(duì)系統(tǒng)繼電保護(hù)的影響

分布式供電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸變化，繼電保護(hù)裝置自身的靈敏度也可能會(huì)慢慢降低，保護(hù)范圍不斷縮小，故障點(diǎn)如果出現(xiàn)在母線周圍，分布式電源接入則可能會(huì)導(dǎo)致線路檢測(cè)故障電流值高于整定值，這樣容易引起誤動(dòng)作，從而出現(xiàn)跳閘事件，也會(huì)直接影響發(fā)生故障之后的重合閘。在接入到配電網(wǎng)后，出現(xiàn)故障時(shí)，孤島也極其容易造成線路發(fā)生誤動(dòng)作，重合閘會(huì)失去快速恢復(fù)的能力，且導(dǎo)致事故的進(jìn)一步蔓延[8]。

4 分布式供電技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的具體運(yùn)用

4.1 對(duì)不斷變化的負(fù)荷預(yù)備

在配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，大多數(shù)情況下，分布式電源都屬于備用電源，受到多方面因素的影響，可使用多樣化可再生資源，并形成發(fā)電，充分利用儲(chǔ)能設(shè)備，發(fā)揮可再生資源的作用，確保系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 有效改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量的形成

配電網(wǎng)中，可通過分布式電源系統(tǒng)提高電能質(zhì)量，這也是今后的主流發(fā)展趨勢(shì)。近年來，隨著人們的生活方式逐漸發(fā)生改變，對(duì)于設(shè)備的應(yīng)用和綜合要求也在不斷發(fā)生變化，對(duì)于電能質(zhì)量的要求越來越高，因此要求電壓波形畸變程度、電壓幅值波動(dòng)要盡可能控制在合理范圍內(nèi)，電力的穩(wěn)定性更高[9]。就目前現(xiàn)狀來看，電網(wǎng)系統(tǒng)依然需要持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化。由于配電網(wǎng)包括了無功儲(chǔ)備與有功儲(chǔ)備，可能會(huì)造成電能質(zhì)量較低，因此使用分布式電源，可進(jìn)一步提升供電可靠性與穩(wěn)定性。

從目前應(yīng)用的技術(shù)來看，想要實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，就必須要解決以下問題。（1）配電網(wǎng)在規(guī)劃環(huán)節(jié)中和輸電網(wǎng)絡(luò)有很大的區(qū)別，傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)基本上都為輻射型網(wǎng)絡(luò)，且不會(huì)存在電源規(guī)劃等問題，分布式電源系統(tǒng)的出現(xiàn)導(dǎo)致存在一系列的電源規(guī)劃問題。分布式配電網(wǎng)中應(yīng)充分考慮不同類型的分布式電源容量以及技術(shù)需求，同時(shí)還需要充分考慮到負(fù)荷性質(zhì)，在協(xié)調(diào)運(yùn)行的基礎(chǔ)上保障分布式配電系統(tǒng)能夠最大程度上發(fā)揮自身的綜合價(jià)值。除此之外，保障分布式電源配置的合理性，也能夠最大程度上減少工作狀態(tài)下的損耗，提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。（2）分布式電源的不斷形成進(jìn)一步打破了傳統(tǒng)電網(wǎng)輻射結(jié)構(gòu)，并逐漸形成輻射網(wǎng)與分布式供電網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合的配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。為了提高配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性，目前大部分配電網(wǎng)主要是環(huán)網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行的模式，變壓器為負(fù)荷提供電源基本支持。為了保障整定與兩端電源實(shí)時(shí)同步，在正常運(yùn)行狀況下，可使開關(guān)始終處于斷開的狀態(tài)。如果未能合理運(yùn)用分布式電源，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)過流保護(hù)，這樣也可快速阻斷故障，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，監(jiān)測(cè)到電壓之后，對(duì)于故障問題可及時(shí)采取有效措施，保障其能夠立即恢復(fù)[10]。

4.3 分布式技術(shù)在互聯(lián)輸電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于分布式電源主要使用的是電力電子裝置系統(tǒng)，系統(tǒng)具備較高的靈活性與調(diào)節(jié)能力，同時(shí)也能夠和交流輸電設(shè)備有效配合，優(yōu)勢(shì)比較突出，但是也容易受到以上因素的影響，此外還具有以下輔助作用。（1）正常運(yùn)行情況下，能夠提供備用容量與無功儲(chǔ)備，這樣能夠最大程度上保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，包括頻率與電壓，并有效減少配電網(wǎng)損耗，提高配電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效率。（2）系統(tǒng)受到一定干擾時(shí)，則會(huì)對(duì)其本身安全性與穩(wěn)定性造成不同程度的影響，分布式電源能夠?qū)收锨闆r給予支持和保障，同時(shí)通過輸電控制技術(shù)不斷提升系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性[11]。（3）系統(tǒng)一旦解列，可為獨(dú)立運(yùn)行提供能源，分布式電源主要是通過燃?xì)饣蛘呖稍偕Y源進(jìn)行發(fā)電，所以一旦出現(xiàn)大規(guī)模停電狀況，系統(tǒng)可自動(dòng)啟動(dòng)電源裝置，此時(shí)分布式電源能夠發(fā)揮其自身輔助作用，在降低實(shí)際成本投入、提高技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用多種有效手段，并對(duì)電源靈活調(diào)節(jié)和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)。當(dāng)電源容量逐漸規(guī)模化之后，可充分發(fā)揮自身作用，電力調(diào)度中心需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置與優(yōu)化調(diào)整，對(duì)其開停機(jī)時(shí)間、使用時(shí)間以及負(fù)荷等進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃與安排，從而對(duì)電源進(jìn)行協(xié)調(diào)與優(yōu)化。目前，分布式電源技術(shù)與成本依然未能滿足大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用需求，但在未來，隨著該技術(shù)的快速更新與發(fā)展，也會(huì)越來越完善，其會(huì)在交流輸電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用[12]。

5 結(jié) 論

近年來，城市基礎(chǔ)建設(shè)不斷完善，各個(gè)領(lǐng)域高速發(fā)展的同時(shí)也對(duì)電力能源質(zhì)量提出了更高的要求，人們需求不斷發(fā)生變化的同時(shí)也促使電力市場(chǎng)發(fā)生改變，不斷升級(jí)，從而為分布式供電技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。該技術(shù)的應(yīng)用能夠更有效地控制電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高電力運(yùn)行穩(wěn)定性，也為廣大用戶營(yíng)造了更加安全、可靠的電力運(yùn)行環(huán)境，保障電力系統(tǒng)的高效有序運(yùn)行。