分布式發(fā)電接入電力系統(tǒng)的問(wèn)題分析

張 涔

（湖北荊力工程總承包有限責(zé)任公司，湖北荊州434000）

0 引言

分布式發(fā)電指的是在靠近用戶現(xiàn)場(chǎng)的地方或用戶現(xiàn)場(chǎng)直接配置獨(dú)立的小容量發(fā)電機(jī)組，從而滿足特定用戶的用電需求，其可以向用戶直接提供電能，也可以接入大電網(wǎng)，通過(guò)公共電網(wǎng)為用戶提供電能，具有相當(dāng)?shù)撵`活性和經(jīng)濟(jì)性。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，分布式發(fā)電系統(tǒng)在接入電力系統(tǒng)的過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，需要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 分布式發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和意義

常見(jiàn)的分布式發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。分布式發(fā)電系統(tǒng)具有良好的安全性、可靠性、環(huán)保性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

圖1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)

圖2 獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

（1）安全性：分布式發(fā)電在接入電網(wǎng)后，將使大電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性顯著提升，即便是在大電源點(diǎn)斷電的情況下，依然可以利用分布式發(fā)電系統(tǒng)對(duì)重要用戶持續(xù)進(jìn)行供電，避免出現(xiàn)全網(wǎng)瓦解的極端情況。

（2）環(huán)保性：分布式發(fā)電系統(tǒng)所使用的能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)力、地?zé)岬榷酁榍鍧嵞茉矗梢源蟠蠼档臀廴疚锏呐欧帕?。依靠低壓輸電線路即可完成電能輸送，可有效避免出現(xiàn)電磁污染的情況，也不會(huì)破壞四周的植被。

（3）靈活性：因?yàn)榉植际桨l(fā)電規(guī)模比較小，而且布置相對(duì)來(lái)說(shuō)較為分散，在運(yùn)行過(guò)程中一般不會(huì)出現(xiàn)災(zāi)害和事故。和傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)相比，分布式發(fā)電系統(tǒng)的保障性更好，分布式發(fā)電系統(tǒng)使用的模塊設(shè)備并不是大型設(shè)備，運(yùn)行效率比較高，維修也相對(duì)容易，而且分布式發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)不同的用電對(duì)象針對(duì)性地制定相應(yīng)的發(fā)電模式。

（4）經(jīng)濟(jì)性：相較于傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，分布式發(fā)電系統(tǒng)距離負(fù)荷中心比較近，更接近用戶，因此可以降低電網(wǎng)傳輸能量的損耗。發(fā)電時(shí)需要占用的空間面積和土體面積相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，所以單位發(fā)電量投入的資金也較少，這就節(jié)約了發(fā)電成本。相較于傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)施，分布式發(fā)電系統(tǒng)需投入的建設(shè)資金小，開(kāi)發(fā)周期短，而且技術(shù)和設(shè)備的規(guī)模也比較小，運(yùn)行時(shí)可以結(jié)合電網(wǎng)負(fù)荷的增長(zhǎng)情況來(lái)進(jìn)行擴(kuò)建，從而減少資金上的投入，降低建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)[1]。

（5）多元性：分布式發(fā)電系統(tǒng)的能源供應(yīng)渠道和能源利用類(lèi)型具有多元化的特點(diǎn)，發(fā)電時(shí)不依賴于單一來(lái)源，采用多樣化的能源供應(yīng)策略，提高了能源安全性，緩解了能源危機(jī)。

2 分布式發(fā)電系統(tǒng)接入對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響

如今，分布式發(fā)電技術(shù)水平日益提升，加上國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策的推廣，在電力系統(tǒng)中對(duì)分布式發(fā)電的應(yīng)用比例日益增加，這就對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)劃、電力系統(tǒng)保護(hù)等造成了影響，主要包括下述幾個(gè)方面：

2.1 對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量和潮流產(chǎn)生的影響

分布式發(fā)電接入電力系統(tǒng)后，配電系統(tǒng)單向潮流結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，潮流方向和潮流大小沒(méi)有辦法進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)分布式電力系統(tǒng)安裝位置的不同，饋線段的潮流可能變少，也可能增加，一旦饋線上輸出功率負(fù)荷超過(guò)實(shí)際需求，將會(huì)導(dǎo)致饋線段的所有潮流和某些段的方向完全相反，潮流發(fā)生變化會(huì)使原來(lái)電壓調(diào)整設(shè)備的正常調(diào)節(jié)作用喪失。此外，大量風(fēng)力發(fā)電接入帶來(lái)的隨機(jī)性會(huì)使用電功率出現(xiàn)變化，分布式發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)啟和關(guān)閉都會(huì)導(dǎo)致電壓出現(xiàn)閃變和波動(dòng)，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)型的DG、基于逆變器的DG以及不同的聯(lián)網(wǎng)方式都會(huì)引起諧波畸變，在一些特殊情況下會(huì)使電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓降低或升高等問(wèn)題。

2.2 對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃產(chǎn)生的影響

在電力系統(tǒng)中接入分布式發(fā)電系統(tǒng)將導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的不確定性變大，從而使配電系統(tǒng)規(guī)劃無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)負(fù)荷增長(zhǎng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)屬性和維數(shù)有著密切的聯(lián)系，由于配電網(wǎng)自身節(jié)點(diǎn)非常多，大量接入分布式發(fā)電系統(tǒng)會(huì)增加實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)配置的難度[2]。所以，系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)劃人員需要對(duì)影響進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估，并找出合理的優(yōu)化方法，然后給出接入分布式發(fā)電的最優(yōu)容量和最優(yōu)位置，以保證配電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。需針對(duì)供電系統(tǒng)的不同類(lèi)型，對(duì)混合電網(wǎng)建立相應(yīng)的模型，并對(duì)各種電源類(lèi)型進(jìn)行合理的協(xié)調(diào)。當(dāng)前，國(guó)家能源規(guī)劃、能源政策對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃決策也產(chǎn)生了比較大的影響。

2.3 對(duì)系統(tǒng)安全性產(chǎn)生的影響

分布式發(fā)電接入電力系統(tǒng)后會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全性和可靠性產(chǎn)生比較大的影響。例如，配電系統(tǒng)為放射狀時(shí)，會(huì)使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)還會(huì)改變短路電流持續(xù)的時(shí)間以及短路電流的大小，使原來(lái)網(wǎng)絡(luò)中的保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)，并對(duì)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行以及自動(dòng)重合閘的動(dòng)作產(chǎn)生影響，尤其是在原電力系統(tǒng)中斷路器極限承載值小于短路電流時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備損壞。當(dāng)分布式發(fā)電接入電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為避免單相接地短路時(shí)非故障相電壓過(guò)大，DG在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需進(jìn)行接地處理。當(dāng)DG和主網(wǎng)分離后，會(huì)繼續(xù)向獨(dú)立電網(wǎng)供電，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)孤島效應(yīng)，不僅會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，還會(huì)造成諧振過(guò)電壓，對(duì)用戶設(shè)備造成損壞。另外，研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)受到外部干擾后，電子設(shè)備之間的轉(zhuǎn)速偏差會(huì)變大，從而使振蕩持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性造成影響。

3 問(wèn)題的處理措施

3.1 做好潮流計(jì)算工作

在電力系統(tǒng)中接入分布式發(fā)電系統(tǒng)后，配電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，為了確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要經(jīng)常更新潮流計(jì)算。而且因?yàn)榉植际桨l(fā)電電源的控制策略、技術(shù)類(lèi)型和運(yùn)行方式比較多樣化，所以，電網(wǎng)的潮流計(jì)算和傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的計(jì)算模型也不一致[3]，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型和傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)也不相同，需根據(jù)實(shí)際情況制定出收斂性良好的潮流計(jì)算方法，解決計(jì)算量過(guò)大的問(wèn)題。

3.2 電壓控制

電網(wǎng)中接入分布式電源后，需從外部和自身兩個(gè)方面著手控制電網(wǎng)電壓，可以利用分布式發(fā)電系統(tǒng)來(lái)加強(qiáng)對(duì)電壓的控制，并優(yōu)化電壓控制方法。此外，還可以利用大容量無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)，達(dá)到外部控制的目的[4]。

3.3 電能質(zhì)量控制

分布式發(fā)電系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)后，局部電網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)電壓波動(dòng)、電壓過(guò)大、瞬時(shí)涌流大等問(wèn)題，電能質(zhì)量會(huì)受到一定程度的影響。為解決上述問(wèn)題，可對(duì)分布式電源的電壓質(zhì)量及其對(duì)大電網(wǎng)的影響進(jìn)行評(píng)估[5]，并利用儲(chǔ)能措施來(lái)解決電能質(zhì)量波動(dòng)的問(wèn)題。

3.4 穩(wěn)定性控制

由于分布式電源并網(wǎng)容量增加，大電網(wǎng)的電壓、功角、穩(wěn)定性以及頻率都會(huì)受到比較大的影響。針對(duì)這些問(wèn)題，需要對(duì)含有分布式發(fā)電系統(tǒng)的大電網(wǎng)進(jìn)行建模，并對(duì)其運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行分析，然后針對(duì)電網(wǎng)的實(shí)際情況合理地選擇控制系統(tǒng)和電子換流器。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，分布式發(fā)電作為一種新型發(fā)電技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)日益凸顯，應(yīng)用前景廣闊。當(dāng)前，生活供電主要來(lái)自于傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，但隨著分布式發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，分布式發(fā)電必將造福于民，實(shí)現(xiàn)為人們持續(xù)提供清潔的電力能源的目標(biāo)。

[1]段嗣昊.含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2015.

[2]崔艷龍.含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)規(guī)劃研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2013.

[3]劉磊.分布式發(fā)電接入系統(tǒng)的雙目標(biāo)優(yōu)化[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2009.

[4]王晶.計(jì)及分布式發(fā)電的配電網(wǎng)規(guī)劃研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2008.

[5]陳琳.分布式發(fā)電接入電力系統(tǒng)若干問(wèn)題的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2007.