分布式发电对配电网的影响

分布式发电对配电网的影响

刘志勇（2012302540098）

（武汉大学 电气工程学院，湖北省 武汉市，邮编430072）

Study on Impact of Distributed Generation on Distribution System

LIU Zhi-yong

(School of Electrical Engineering，Whuhan University, Wuhan 430072, Hubei Province，

China)

ABSTRACT: With the development of science and technology, people's demand for electricity continues to improve, in order to meet the needs of the power system continues to upgrade. As a kind of modern and high-tech power generation technology, distributed generation has gradually entered people's field of vision. The distributed generation has the characteristics of high efficiency and environmental protection. In this paper, the classification of distributed generation technology and its main characteristics, the main advantages of distributed generation, in detail elaborated the effects of distributed generation connected to the distribution network, including the safety of electric power network, power quality problems, relay protection, short circuit current and the power grid

planning and influence, through in-depth analysis, search of distributed generation on the grid caused by the adverse effects of the study correspond to the strategy, draw lessons from the successful experience of foreign countries, while avoiding disadvantages, and promote China's energy structure improvement of the popularization and application of distributed generation.

KEY WORDS: distributed generation, distribution network, effects

摘要：随着科学技术的发展，人们对电力的需求不断提升，为了满足其需求，电力系统不断升级。分布式发电作为一种现代化、高科技的发电技术，逐渐进入人们的视野，分布式发电具有高效、环保的特点，分布式发电将成为为电力系统的升级提供可靠的保证。本文首先介绍了分布式发电技术的分类、主要特征, 分布式发电的主要优点, 详细阐述了分布式发电接入配电网带来的影响, 包括电网安全问题、电能质量问题、继电保护问题、短路电流问题和对电网规划的影响等, 通过深入分析, 查找分布式发电对电网带来的不利影响,研究对应的策略, 借鉴国外成功的经验, 趋利避害, 推动分布式发电的推广应用改善我国的用能结构。

关键词：分布式发电，配电网，影响

0 引言

分布式发电（DG）也称分散式发电或分布式供能，一般指将相对小型的发电/储能装置（50MW以下）分散布置在用户（负荷）现场或附近的发电/供能方式。分布式发电的规模一般不大，通常为几十千瓦到几十兆瓦，所用的能源包括天然气（含煤层气、沼气等）、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等洁净能源或可再生能源；而储能装置主要为蓄电池，还可以采用超级电容器、飞轮储能等。此外，为了提高能源的利用效率，降低成本，分布式发电往往采用冷、热、电联供或热电联产的方式。

分布式能发电的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源，包括本地可方便获取的化石类燃料和可再生能源，并提高能源的利用效率。

目前，全球的供电系统大多是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。由于电网故障所产生的扰动引发的大面积停电甚至全网崩溃，造成的后果也是灾难性的。大电网由于自身的缺陷，其单一性已不能满足公众社会对能源与电力供应质量和可靠性的要求。随着地球能源的日益衰竭，以及人们对生存环境的密切关注，以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳发展模式成为全球各国的共识。大电网与分布式发电相结合的发电模式，被许多发达国家认为是能够节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性的一种发展方向。

前国务院总理温家宝在第十一届全国人民代表大会第五次会议上指出, “ 加强用能管理, 发展智能电网和分布式能源, 实施节能发电调度、合同能源管理、政府节能采购等行之有效的管理方式。优化能源结构, 推动传统能源清洁高效利用, 安全高效发展核电, 积极发展水电, 加快页岩气勘查、开发攻关，提高新能源可再生能源比重, 加强能源通道设。”这意味将从国家层面支持分布式发电的快速发展。随着分布式发电技术的不断进步, 单位发电成本也大幅度降低,电网企业针对分布式发电也提出了许多鼓励和支持的政策,正在完善相关的并网的技术规定和管理要求。技术的进步和接网门槛的降低, 使分布式发电将在短时间内形成一定的产业规模, 改变现有的供电模式。

1 分布式发电的主要类型

1.1 光伏电池发电技术

太阳能光伏电池发电技术实质上是通过半导体材料产生的光电效应, 将太阳能直接转化为电能。太阳能光伏电池发电技术具有多种优点, 包括无污染、不耗材、安全稳定、规模灵活、维护方便等。目前, 大多数太阳能电池采用的都是半导体器件,通过光伏效应将太阳能转化成为电能，但是，实际应用中的光伏电池转换效率较低, 发电效率仅能达到6 一19 % 。

1.2 风力发电技术

风力发电技术实质上是将风能转换为电能进行发电的技术, 同时也是一种清洁能源, 风力发电技术的输出功率是根据风能决定的,它是目前电力新能源开发中规模较大、技术较成熟的发电方式, 具有一定的商业发展价值, 发电效率能达到2 5 % 左右。

燃料电池发电技术与传统火力发电技术是截然不同的, 燃料电池发电技术的燃料是不需要经过燃烧, 而是燃料在催化剂的作用下与相应的氧化剂结合产生化学反应进行发电, 其实质是利用化学能进行发电。燃料的种类也是多种多样的,虽然燃料电池在发电过程中会造成热能损失,但相关实验证明, 燃料电池发电技术在室温条件下的转化效率能够达到40一85 % 左右。

2 分布式发电的基本特征

根据对美国、日本、德国、英国、丹麦等18 个典型国家关于分布式发电的界定标准,总结有以下4 个基本特征:

2.1 直接向用户供电, 潮流一般不穿越上一级变压器;

2.2 装机规模小, 一般为I OＭＷ及以下。在18个典型国家中,1３个为I OM w 及以下,3个为数十ＭＷ及 以下,2 个为10 OＭＷ级;

2.3 通常接人中低压配电网, 一般为10(35)kv及以下。在18个典型国家中,8个为10kv及以下,7个为35kv级,3个为110(66)kv级;

2.4 发电类型主要为可再生能源发电、资源综合利用发电、高效能天然气多联供。在我国分布式发电发展的重点是风电、光伏发电、小水电和小型天然气多联供等技术类型。目前我国分布式电源以小水电为主,总规模达到2 2 6 6 万千瓦, 居世界第一。近年来余热、余压、余气等资源综合利用和生物质发电增长迅速,总规模821万千瓦, 居世界前列,但分布式光伏、风电、天然气多联供还处于发展初期, 规模相对较小。

3 分布式发电的主要优点

3.1 分布式发电系统中各电站相互独立,用户由于可以自行控制, 不会发生大规模停电事故, 所以安全可靠性比较高;

3.2 分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足、, 在意外灾害发生时能够继续供电, 已成为集中式供电方式不可缺少的重要补充;

3.3 分布式发电的输配电损耗很低, 甚至可以忽略不计,无需建配电站等设施, 可大大降低附加的输配电成本, 同时分布式发电所需的土建和安装成本也很低;

3.4 分布式发电调峰性能好, 操作简单,由于参与运行的系统少, 启停快速, 便于实现全自动控制;

3.5 分布式发电与负荷中心相结合, 构建就地发电、就地消纳、依存电网、动态平衡、智能调控这一发、变、供电模式,构建一定范围建筑区域的分布式发电系统, 对于城市建筑的节能、低碳发展意义重大,通过整合相对独立的发、供电资源,优化我国现有的能源供给模式。

4 分布式发电对配电网的影响分析

我国目前运行的配电网主要是按照无源配电网进行设计和运行的, 当配电系统中接人大量的分布式电源后, 将会对配电系统的结构和运行产生巨大的影响,主要表现在以下几个方面:

4.1 对电网安全运行的影响

分布式电源大量接人配电网络, 配电网络从无源电网变为有源电网, 使得配电网络变得更加复杂, 分布式电源不仅对电网安全产生影响,更直接对用电客户和配电运维人员的生命安全产生影响, 尤其是分布式光伏发电并网产生的孤岛效应。所谓孤岛效应,即指并人公共电网的光伏发电装置, 在电网断电的情况下, 发电装置不能检测到或根本没有相应的检测手段, 仍然向公共电网发送电能。传统的配电检修, 在电网断开电源后,通过采取相应的安全措施就可以安全的进行检修工作了, 并入分布式电源的有源电网由于存在孤岛效应, 就会增加对电力维修人员生命安全危害的几率。由于存在孤岛, 当电网供电恢复时造成的电压相位不同步会产生涌浪电流, 可能会引起再次跳闸或对发电系统、客户装置、供电系统造成损坏。

4.2 对电能质量的影响

分布式发电由于其间歇式、波动性易引起电压偏差、电压波动和闪变等问题。分布式电源是由用户进行控制的, 对分布式电源的启动和停止也是根据实际需要来决定的, 频繁操作有可能使得配电网的电源发生波动, 导致配电线路上的电量负荷变化增大,由此进一步加大了电压调整的难度, 甚至引起配电网电压超标的现象出现。除此之外，电力电子型的分布式电源还容易引起谐波污染。电能质量的降低是由于谐波、瞬态、扰动和电压凹陷引起的电压偏离造成的，电能质量与分布式发电系统中的各种问题都有一定的相关性, 尽管电能质量出现问题不会对社会居民造成太大影响，但是对于工业生产企业来说, 有时候会造成灾难性影响。电能的丢失和衰落都会导致工业生产企业的控制终端重新启动, 一旦出现这样的情况, 造成的损失是不可估量的。

4.3 对短路电流的影响

尽管大多数情况下当分布式电源接人配电网时候都配置了相应的逆功率继电器, 在正常运行的过程中不会主动向电网注人功率。但是, 当配电网系统出现故障的时候, 电路短路的瞬间会有一部分分布式电源产生的电流注人到配电网当中,从而使得配电网短路电流水平增加, 最终造成短路电流超标。

4.4 对铁磁谐振的影响

分布式电源与配电网相互连接是通过变压器、开关和电缆线路实现的。如果配电网突然出现故障导致系统侧开关断开,也会造成分布式电源侧开关的断开, 如果分布器电源变压器没有接任何负荷, 就会产生过电压的出现, 过电压的出现是由于变压器的电抗与电缆电容发生铁磁谐振产生的, 甚至产生超大电磁力使得变压器损坏。

4.5 对供电可靠性的影响

根据实际情况分析, 分布式电源容易对配电网的可靠运行造成影响。当电力系统停电的时候, 一部

分分布式电源将停止,或者对分布式电源进行供给的辅助电源将停止工作, 同时分布式电源也会停止运行, 这些问题都会对系统的可靠性造成一定影响当分布式电源与配电网的继电保护系统不能够很好地进行配合的时候,还会造成继电保护系统的误动作, 使得系统的可靠性降低。分布式电源安装地点不适当、连接方式不正确等,也会造成配电网系统的可靠性降低。

4.6 对继电保护的影响

目前, 配电网中的继电保护系统和装置是已经配备完成的,不会因为安装了新的分布式电源而进行大量改动, 这就要求分布式电源必须能够与继电保护系统相互配合。如果配电网的继电保系统具有重合闸功能, 一旦配电网系统出现故障, 对分布式电源的切断必须早于重合时间, 否者会由于电弧的重新燃烧导致重合闸失败。当分布式电源的功率注人到配电网当中时,会造成继保护区域的面积缩小, 对其正常工作造成一定影响。如果配电网的继电器的方向敏感性能不佳, 当并联电路上的分支出现故障时, 安装分布式电源的分支上的继电器会出现误动情况, 使得没有出现故障的分支失去主电源。

4.7 对电网规划的影响

分布式发电的出现会使电力系统的负荷预测、电网规划和传统电网相比具有更大的不确定性, 大量的用电客户安装分布式电源为其提供电能, 使得电网规划人员更加难于准确预测负

荷的增长情况,从而影响规划的编制。由于分布式电源投资主体相对分散, 其发展随意性强, 建

设周期短, 加大了电源电网协调发展的难度, 同时由于分布式发电并网改变了过去电网潮流由单向变成双向流动, 增加了电网规划的复杂性。

4.8 对电网运行效率的影响

由于接人大量的间歇式分布式电源, 使得配网设备负载率降低, 配电网的单位负荷和单位电量的供电成本增加, 极大地影响电网企业的收益, 降低配电网资产投资回报率。对于旋转电机类型的分布式电源接人会导致配电网络短电流上升, 造成现有电网继电保护和开关设备的大面积更新改造, 增大电网的投资。

5 分布式发电的重要意义

5.1 经济：能源合理梯级利用—提高能源利用效率(60%-90%)—节能，投资回报率高、降低成本和投资，就近供电，减少网损

5.2 环保：减轻环保压力(排放总量减少、减少征地及线路走廊、减少高压电磁污染)

5.3 能源：多个电源，多种燃料，可为用户同时提供多种能源(电、热、冷)，解决能源危机和能源安全问题，可利用可再生能源

5.4 安全及可靠性：调峰问题(与燃气互补)、备用问题，提高供电可靠性和供电质量，防止大面积停电事故的发生，防灾害(战争、地震、恐怖活动)

5.5 电力市场：适应电力市场发展需要，打破垄断

5.6 投资风险：降低大型电站建设投资风险

6 分布式发电的市场前景

在我国，随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全

性问题不容忽视。由于各地经济发展很不平衡，对于广大经济欠发达的农村地区来说，特别是农牧地区和偏远山区，要形成一定规模的、强大的集中式供配电网需要巨额的投资和很长的时间周期，能源供应严重制约这些地区的经济发展，而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些局限性。在我国西北部广大农村地区风力资源十分丰富，像内蒙古已经形成了年发电量1亿kW·h的电量，除自用外，还可送往北京地区，这种无污染绿色能源可以减轻当地的环境污染。

在可再生能源分布式发电系统中的除风力发电外，还有太阳能光伏电池、中小水电等都是解决我国偏远地区缺电的良好办法。因此，应引起足够的重视。

在我国城镇，分布式发电技术作为集中供电方式技术不可缺少的重要补充，将成为未来能源领域的一个重要发展方向。而在分布式发电技术中应用最为广泛、前景最为明朗的，应该首推热电冷三联产技术，因为对于中国大部分地区的住宅、商业大楼、医院、公用建筑、工厂来说，都存在供电和供暖或制冷需求，很多都配有备用发电设备，这些都是热电冷三联产的多目标分布式供能系统的广阔市场。

7 结论

从今后的发展方向来看, 分布式发电的应用将会越来越广泛,主要的发展趋势是将基于多种发电技术的分布式发电系统接人配电网中进行统筹调度, 协调发展, 提高供电系统的稳定性和可靠性。深人开展研究分布式电源推广应用对配电网带来的影响,有助于我们未雨绸缪、提前谋划, 研究对应的策略, 同时积极借鉴发达国家在分布式发电应用方面的成功经验, 解决分布式发电对配电网络带来的不利影响, 大力推动可再生能源的应用,构建我国能源供给的新格局。

参考文献

［1］何季民. 分布式电源技术展望[J].东方电气评论,2003(1)

［2］杨金焕, 陈中华. 2 1世纪太阳能发电的展望[J].上海电力学院学报, 2001（4）

［3］张洪伟, 黄素逸, 龙妍, 彭玉辉. 有关分布式能量系统的原理与应用[J].能源环境保护, 2004 (3)

［4］钱科军，袁越. 分布式发电对配电网可靠性的影响研究[J].电网技术2008, 32（11）

作者简介：

刘志勇（1992—），男，本科，武汉大学电气工程学院