智能電網建設中分布式電源的規(guī)劃

王 勉

（軍事科學院國防工程研究院，湖北 武漢 430010）

0 引 言

分布式電源在大多數(shù)情況下的發(fā)電功率都比較小，介于幾千萬到幾十兆瓦之間。由于其具備較大的延展性，非常適合當前的使用環(huán)境，可以滿足部分終端用戶的實際需求。同時分布式電源可以分為內燃機發(fā)電電源、熱電冷聯(lián)發(fā)電電源以及燃料電池電源等，并且根據(jù)所用資源的不同可以劃分為風能、水能以及不可再生能源等［1］。

1 智能電網建設與分布式電源概述

社會經濟的快速發(fā)展推動了電力行業(yè)發(fā)展，為了有效應對發(fā)展過程中出現(xiàn)的挑戰(zhàn)，需要不斷提高電網體系人員利用率，應用先進技術提升整個電網的安全性和經濟性。結合先進的測量技術、傳感技術以及智能化控制技術，在很大程度上降低生產成本，保證企業(yè)效益［2］。主動配電網的三大要素和相互關系如圖1所示。

2 分布式電源建設中存在的問題

大力推動智能電網建設的主要目的是解決當前因距離和環(huán)境等諸多因素造成的供電困難問題。分布式電源規(guī)劃與智能電網的整體規(guī)劃存在不一致性，會導致脫離智能電網供電系統(tǒng)而獨立存在的情況。在實際規(guī)劃建設過程中仍然有一些問題有待解決，例如與電網的建設整體規(guī)劃存在差距甚至脫離電網系統(tǒng)而獨立存在、在規(guī)劃建設上不能夠跟上智能電網的發(fā)展速度、可靠性和穩(wěn)定性有待提升、預計建設工期與實際工期不相符以及在建設過程中出現(xiàn)同類型的電網過多導致資金浪費等［3］。分布式電源與微網工作原理見圖2。

圖2 分布式電源與微網工作原理

3 分布式電源在智能電網中的應用

首先，將其合理應用于智能電網可以有效保證供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。在日常生活和工作中，停電事故是不可避免會發(fā)生的。但是由于分布式電源在設計上存在一定的特殊性，因此在生活中由于某些原因導致大面積停電，電網實際運行也不會受到明顯影響，仍然可以為廣大用戶提供穩(wěn)定的電能，滿足人們的日常所需［4］。

其次，受成本和自然環(huán)境等因素的影響，我國部分偏遠地區(qū)電力供應難以實現(xiàn)100%的全覆蓋。目前火力發(fā)電仍然占據(jù)主流地位，但采用燃煤發(fā)電造成的環(huán)境污染等問題尤為突出。若采用傳統(tǒng)傳輸方式，距離過遠時不可避免地會損耗掉一部分電能。而分布式電源在夏季制冷與冬季取暖用電高峰期可以實現(xiàn)對電力的自動調節(jié)，更好地分配電能，實現(xiàn)對資源的優(yōu)化配置。

4 分布式電源對配電網實際運行的影響

4.1 對電能質量的影響

從積極方面來看，分布式電源能夠更加快速地提供電能，具備極高的靈活性，可以根據(jù)需求采取就地供電的方式，在一定程度上具備較好的可靠性，同時也能夠有效保證供電質量。但是其缺點也很明顯，不規(guī)則起停極易導致傳輸功率出現(xiàn)波動，如果出現(xiàn)了不協(xié)調現(xiàn)象，那么就會引發(fā)電壓閃變［5］。此外，由于大量電力電子裝置在并網時被應用到系統(tǒng)中，如果再進行操作，那么就很容易造成對電網的諧波污染。

4.2 對電壓的影響

由于傳統(tǒng)配電網大多采用由中心向四周分散形態(tài)的供電方式，因此在穩(wěn)定運行的情況下電壓會沿著饋線方向逐漸降低。但是在接入分布式電源后，其位置和總量的大小直接決定了各負荷點電壓被抬升的高度，也會對配電系統(tǒng)電壓波動造成嚴重影響［6］。在傳統(tǒng)配電網中，系統(tǒng)電壓波動主要是有功損耗和無功損耗隨時間的變化而引起的。因此在分布式電源安裝的地方，可以在其周圍安裝配電電容器，以此實現(xiàn)調壓的目的。

4.3 對系統(tǒng)保護所造成的影響

由于傳統(tǒng)輻射狀配電網的潮流流向存在單向性，并且配電網上大多數(shù)故障幾乎都是瞬時產生，因此在保護設計上主要是根據(jù)斷開故障支路和對瞬時故障進行重合閘而進行的。通常情況下是在變電站處安裝反向過流繼電器，在主饋線裝自動合閘，在支路上安裝熔斷器。由于接入分布式電源以后要求保護設備應當具備方向性，而傳統(tǒng)裝置并不具備這樣的條件，因此必須采用方向性敏感元件替代上述兩項裝置，但這樣在經濟上就顯得有些不劃算。

4.4 對損耗的影響

整個配電系統(tǒng)功率流向會隨著負荷附近接入分布式電源系統(tǒng)發(fā)生變化。在系統(tǒng)中，假如每個節(jié)點負荷量大于或等于分布式電源輸出量，那么就可以起到降低電網損耗的作用，反之就會增加損耗。

5 在智能電網應用中的合理規(guī)劃

分布式電源具有諸多優(yōu)點，在智能電網建設過程中對其進行合理規(guī)劃是非常重要的。只有合理選擇其位置和容量，才能有效提高對能源的利用效率，分布式電源在接入電網后所帶來的消極影響。

5.1 根據(jù)實際情況確定分布式電源點

由于可以對不同類型的可再生和非可再生能源進行應用，同時考慮到不同地區(qū)資源的分布不平衡，因此在選擇分布式電源時需要結合當?shù)貙嶋H情況，才能實現(xiàn)對各項資源的充分利用［7］。比如太陽能隨處可見，但是我國幅員遼闊，不同區(qū)域和區(qū)域分布的總量也是完全不同的，比如在四川盆地，由于云層較多因此太陽能資源較為匱乏；但是在青藏高原等地區(qū)云層稀薄，具備有極為豐富的太陽能資源。除此以外，風能資源的分布也存在較大的差異。例如新疆和內蒙等區(qū)域以及東南沿海廣州、福建和海南，儲備上相對比較豐富，可利用率也比較高。但由于各地區(qū)不同時段風速分布也存在較大差異，因此在實際應用上也存在較為明顯的區(qū)別［8］。

5.2 選址應考慮多方面內容

由于不同的規(guī)劃目標所考慮到的相關因素也存在較大的差異，因此在地址的選擇上也需要進行詳細考慮。除此以外，還需要考慮安全性和穩(wěn)定性，并對成本和收益情況進行詳細的分析。比如在成本上，需要詳細了解設備、機械以及運輸?shù)壬婕暗南嚓P費用。此外還需要詳細分析在發(fā)電過后產生的收益問題，例如電價優(yōu)惠政策、降低收購電成本帶來的收益以及減少電網損耗所產生的收益等。此外還需要對所建設的環(huán)境進行詳細評估，綜合考慮地理環(huán)境、氣候狀況以及地形地質等諸多因素，要針對所在區(qū)域的獨特環(huán)境選擇最為合適的電源類型，才能產生更多的經濟收益，減少不必要的損失。

一般情況下，分布式電源接入電力系統(tǒng)的方式主要有異步機、同步機以及換流器（AC/DC、AC/AC）這3種類型。在具體潮流計算過程中，可將其當做PV或是PQ的節(jié)點進行處理［9］。分布式電源的接入位置、網絡拓撲結構以及負荷量的相對大小在一定程度上都會對配電網中線路潮流的大小、方向以及系統(tǒng)的整體損耗產生直接影響。當分布式電源安裝至配電網的末端后，流過線路的有功功率和無功功率都會或多或少降低。如果直接將分布式電源安裝在變電站的節(jié)點上，則無法實現(xiàn)線路負載能力的改變與優(yōu)化，只能改變電源總容量［10］。

如果定義ΔP=PLi-PDGi，PDGi為節(jié)點DG額定安裝總量，那么實際的配電網和負荷之間的有功功率流動包含以下3種情況。

（1）ΔP＞0，配電網直接向節(jié)點處輸送了有功功率ΔP。

（2）ΔP=0，沒有任何功率的流動。

（3）ΔP＜0，節(jié)點向配電網處輸送了有功功率。

假設分布式電源位于負荷節(jié)點上，將其當作具有恒定功率因數(shù)的PQ節(jié)點，結合分布式電源的具體特征，基于支路電流應用前推回代法計算功率。

6 結 論

綜上所述，科技的不斷進步也促進了電力行業(yè)的快速發(fā)展，如今智能電網與分布式電源早已是相輔相成。智能電網為分布式電源的發(fā)展提供了堅實可靠的保障，同時分布式電源也為智能電網的穩(wěn)定安全運行提供了技術支撐。分布式電源具備較高的靈活性與穩(wěn)定性，已經成為當前電網建設的重要組成部分之一。因此，對其進行合理科學的規(guī)劃，可以促進社會經濟的發(fā)展，為人們提供穩(wěn)定的電能。