智能電網(wǎng)中的分布式發(fā)電技術(shù)綜述

摘要：各種分布式電源靈活、友好的接入電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要目標之一。隨著智能電網(wǎng)概念的興起，分布式電源的接入技術(shù)受到越來越多的重視。文章簡要介紹了分析了分布式電源接入對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，并著重討論分析了分布式發(fā)電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的發(fā)展方向。

引言：在世界綠色產(chǎn)業(yè)革命的大環(huán)境下，人類面臨化石能源資源短缺、地球氣候變暖等一系列嚴峻問題，智能電網(wǎng)所提出的“安全、經(jīng)濟、高效、清潔、低碳”的變革理念標志著世界電力發(fā)展進入了一個新的歷史階段。分布式發(fā)電(Distributed Generation, DG)作為高效、清潔、靈活的發(fā)電技術(shù)，成為智能電網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域之一。文章對分布式電源并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響進行歸納分析，并對分布式電源技術(shù)在智能電網(wǎng)中的發(fā)展方向進行了展望。

1 分布式電源接入對智能配電系統(tǒng)的影響

1.1 對系統(tǒng)規(guī)劃的影響

分布式電源并入電網(wǎng)，將對傳統(tǒng)的配網(wǎng)規(guī)劃帶來較大的復雜性和不確定性[1]。分布式電源增大了區(qū)域內(nèi)負荷增長及分布的預測難度，同時其安裝位置的不確定性及固有的間歇性、隨機性加劇了配電規(guī)劃工作的難度;智能配電網(wǎng)規(guī)劃中，主要需給出分布式電源的最優(yōu)接入位置及容量，解決可再生能源的友好接入問題，降低配網(wǎng)規(guī)劃的復雜性，保證配網(wǎng)整體運行的安全性和經(jīng)濟性。

1.2 對電網(wǎng)運行的影響

分布式電源接入電網(wǎng)，系統(tǒng)供需平衡被打亂，系統(tǒng)頻率將發(fā)生變化;分布式電源的啟動和停運將造成配電網(wǎng)明顯的電壓閃變;分布式電源的電壓調(diào)節(jié)及控制將產(chǎn)生開關(guān)器件頻率附近的諧波分量，造成諧波污染;可見分布式電源并網(wǎng)將對系統(tǒng)電壓、電能質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)損耗等諸多方面產(chǎn)生負面影響[1]。

1.3 對系統(tǒng)保護的影響

目前，我國中低壓配網(wǎng)大都是單側(cè)電源、輻射型10kV(35kV)網(wǎng)絡(luò)，饋線保護裝設(shè)在變電站內(nèi)饋線斷路器處，采用保護和測控一體化裝置，一般配置傳統(tǒng)的三段式電流保護，即瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護，采用時間配合的方式實現(xiàn)全線路的保護。

上述饋線保護方式只適用于單側(cè)電源供電的輻射狀饋線網(wǎng)絡(luò)。分布式電源接入配電系統(tǒng)后，使配電系統(tǒng)變成多源網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布及故障時短路電流的大小、流向和分布均會發(fā)生變化，傳統(tǒng)配電網(wǎng)中保護之間的配合關(guān)系被打破，保護的動作行為和性能都會受到影響，甚至無法起到保護作用。對基于重合器、分斷器的饋線自動化裝置可能導致重合器誤動、相鄰線路的瞬時速斷保護誤動、分斷器計數(shù)不正確等[2-5]。

對于這些問題，國內(nèi)外已經(jīng)有了廣泛的探討，提出了各種解決辦法。一類是改進型的方法，利用現(xiàn)有的保護裝置根據(jù)分布式電源的接入位置進行分區(qū)域設(shè)計;另一類是網(wǎng)絡(luò)式保護，依靠通信網(wǎng)絡(luò)解決傳統(tǒng)保護裝置的不足。

2 分布式電源接入技術(shù)在智能電網(wǎng)中的發(fā)展方向

2.1 儲能技術(shù)

儲能系統(tǒng)由兩部分組成：由儲能元件(部件)組成的儲能裝置;由電力電子器件組成的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(Power Conversion System，簡稱PCS) 。儲能裝置主要實現(xiàn)能量的儲存、釋放或快速功率交換[14]，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過電力電子設(shè)備實現(xiàn)充放電控制、交直流電轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)控制及運行參數(shù)檢測監(jiān)控等。

目前國內(nèi)外研究的應(yīng)用于分布式電源中的儲能裝置主要為：

1)蓄電池儲能：蓄電池儲能可與超級電容器聯(lián)合使用。但其存在投資高、壽命短、環(huán)境污染等諸多問題。目前已有各項新型蓄電池的相繼研發(fā)成功。

2)超導儲能：超導儲能裝置將能量存儲在由電流超導線圈的直流電流產(chǎn)生的磁場中。其主要受到運行環(huán)境的影響，即使是高溫超導體也需要運行在液氮的溫度下，這是目前利用超導儲能的瓶頸。

3)超級電容儲能：超級電容器容量可達幾百至上千法拉。與傳統(tǒng)電容器相比,它具有容量大、能量搞、工作溫度范圍寬和使用壽命極長的特點;與蓄電池相比,它功率較高，且對環(huán)境無污染。因此，超級電容器是一種高效、實用、環(huán)保的能量存儲裝置。

4)飛輪儲能：飛輪儲能是一種新型的機械儲能方式，它將能量以動能的形式存儲在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。它擁有儲能密度高、無過充放電問題、充電時間短、對溫度和環(huán)境不敏感等優(yōu)點，運用于分布式發(fā)電技術(shù)中擁有較大的優(yōu)勢和競爭力。

智能電網(wǎng)中，儲能技術(shù)需要解決分布式發(fā)電與儲能裝置容量配置問題、電力電子裝置接口的拓撲結(jié)構(gòu)、控制及保護技術(shù)、智能充放電控制及儲能裝置維護等方面的問題。

2.2 微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)

微網(wǎng)技術(shù)將分布式電源、儲能裝置、電力電子設(shè)備及終端用戶有效整合，形成電力系統(tǒng)中的一個可控單元，可以靈活地并網(wǎng)和獨立運行，其入網(wǎng)標準只針對微網(wǎng)和大電網(wǎng)公共連接點(PCC)上，解決了分布式電源大規(guī)模接入問題，能進一步提高電力系統(tǒng)運行的靈活性、可控性和經(jīng)濟性，更好地滿足電力用戶對電能質(zhì)量和供電可靠性的更高要求。

微網(wǎng)的運行離不開完善的穩(wěn)定與控制系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制技術(shù)是微網(wǎng)研究中的一個難點問題。目前國內(nèi)外對微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究主要集中在三個方面，分別為對等控制(peer to peer) [7]、基于功率管理系統(tǒng)控制(PQ控制)[8]以及主從控制(master-slave)。

在智能電網(wǎng)的微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略中，為實現(xiàn)分布式電源靈活、安全接入電網(wǎng)，應(yīng)該有針對性地選擇協(xié)調(diào)控制策略：對于微型燃氣輪機和燃料電池等能輸出穩(wěn)定電能的分布式電源，可采用PQ控制或?qū)Φ瓤刂撇呗?而對于風電、光伏發(fā)電等間歇性強的電源，一般采用PQ控制策略[8]?？傊?，微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制技術(shù)的實用化仍有許多問題尚待解決，但其發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?/p>

2.3 虛擬發(fā)電廠技術(shù)

為了克服風能、太陽能等可再生能源的間歇性，電力系統(tǒng)往往需要增加備用容量，從而使得這些電源的經(jīng)濟性降低。隨著這些電源比例的逐步提高，電網(wǎng)的運行和調(diào)度的問題變得越來越突出。

目前歐洲提出了利用分布式能量管理系統(tǒng)(DEMS)的虛擬發(fā)電廠(Virtual Power Plants，VPP)技術(shù)[9]。虛擬發(fā)電廠把一個地區(qū)的分布式電源、儲能裝置和負荷集成起來，虛擬成電網(wǎng)一個獨立個體，具有類似大規(guī)模發(fā)電廠或集中負荷一樣的可控性，可以提前向電網(wǎng)提交發(fā)電計劃和負荷需求。

3 結(jié)語

分布式發(fā)電技術(shù)的研究和應(yīng)用在我國已取得不少成果，但仍有許多問題需進一步研究解決。隨著智能電網(wǎng)工作的不斷推進，不僅可作為傳統(tǒng)供電模式的一種重要補充，還將在能源綜合利用上占有十分重要的地位，將成為未來能源領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。

參考文獻

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[5] 黃偉，雷金勇.分布式電源對配電網(wǎng)相間短路保護的影響[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32(1)：93-97.

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[7] 魯宗相，王彩霞，閡勇，等.微網(wǎng)研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31(19)：100-108

[8] 王成山，肖朝霞，王守相，微網(wǎng)綜合控制與分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32(7)：98-103

[9] Siemens PTI，Virtual Power Plants: basic requirements and experience and practice，www.pti-us.com，2006