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(zhù)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(lái)越多的重視。文章簡(jiǎn)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(zhù)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(lèi)面臨化石能源資源短缺、地球氣候變暖等一系列嚴峻問(wèn)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(zhù)世界電力發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)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)對系統的影響進(jìn)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(jìn)行了展望。

1 分布式電源接入對智能配電系統的影響

1.1 對系統規劃的影響

分布式電源并入電網(wǎng)，將對傳統的配網(wǎng)規劃帶來(lái)較大的復雜性和不確定性[1]。分布式電源增大了區域內負荷增長(cháng)及分布的預測難度，同時(shí)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劃工作的難度;智能配電網(wǎng)規劃中，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(wèn)題，降低配網(wǎng)規劃的復雜性，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)，系統供需平衡被打亂，系統頻率將發(fā)生變化;分布式電源的啟動(dòng)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節及控制將產(chǎn)生開(kāi)關(guān)器件頻率附近的諧波分量，造成諧波污染;可見(jiàn)分布式電源并網(wǎng)將對系統電壓、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 對系統保護的影響

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

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

對于這些問(wèn)題，國內外已經(jīng)有了廣泛的探討，提出了各種解決辦法。一類(lèi)是改進(jìn)型的方法，利用現有的保護裝置根據分布式電源的接入位置進(jìn)行分區域設計;另一類(lèi)是網(wǎng)絡(luò )式保護，依靠通信網(wǎng)絡(luò )解決傳統保護裝置的不足。

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換系統(Power Conversion System，簡(jiǎn)稱(chēng)PCS) 。儲能裝置主要實(shí)現能量的儲存、釋放或快速功率交換[14]，能量轉換系統通過(guò)電力電子設備實(shí)現充放電控制、交直流電轉換、功率調節控制及運行參數檢測監控等。

目前國內外研究的應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(wèn)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(xiàn)圈的直流電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(cháng)的特點(diǎn);與蓄電池相比,它功率較高，且對環(huán)境無(wú)污染。因此，超級電容器是一種高效、實(shí)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(dòng)能的形式存儲在高速旋轉的飛輪中。它擁有儲能密度高、無(wú)過(guò)充放電問(wèn)題、充電時(shí)間短、對溫度和環(huán)境不敏感等優(yōu)點(diǎn)，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(wèn)題、電力電子裝置接口的拓撲結構、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(wèn)題。

2.2 微網(wǎng)協(xié)調控制技術(shù)

微網(wǎng)技術(shù)將分布式電源、儲能裝置、電力電子設備及終端用戶(hù)有效整合，形成電力系統中的一個(gè)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(diǎn)(PCC)上，解決了分布式電源大規模接入問(wèn)題，能進(jìn)一步提高電力系統運行的靈活性、可控性和經(jīng)濟性，更好地滿(mǎn)足電力用戶(hù)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(kāi)完善的穩定與控制系統。協(xié)調控制技術(shù)是微網(wǎng)研究中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。目前國內外對微網(wǎng)協(xié)調控制技術(shù)的研究主要集中在三個(gè)方面，分別為對等控制(peer to peer) [7]、基于功率管理系統控制(PQ控制)[8]以及主從控制(master-slave)。

在智能電網(wǎng)的微網(wǎng)協(xié)調控制策略中，為實(shí)現分布式電源靈活、安全接入電網(wǎng)，應該有針對性地選擇協(xié)調控制策略：對于微型燃氣輪機和燃料電池等能輸出穩定電能的分布式電源，可采用PQ控制或對等控制策略;而對于風(fēng)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)調控制技術(shù)的實(shí)用化仍有許多問(wèn)題尚待解決，但其發(fā)展潛力十分巨大。

2.3 虛擬發(fā)電廠(chǎng)技術(shù)

為了克服風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的間歇性，電力系統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(zhù)這些電源比例的逐步提高，電網(wǎng)的運行和調度的問(wèn)題變得越來(lái)越突出。

目前歐洲提出了利用分布式能量管理系統(DEMS)的虛擬發(fā)電廠(chǎng)(Virtual Power Plants，VPP)技術(shù)[9]。虛擬發(fā)電廠(chǎng)把一個(gè)地區的分布式電源、儲能裝置和負荷集成起來(lái)，虛擬成電網(wǎng)一個(gè)獨立個(gè)體，具有類(lèi)似大規模發(fā)電廠(chǎng)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 結語(yǔ)

分布式發(fā)電技術(shù)的研究和應用在我國已取得不少成果，但仍有許多問(wèn)題需進(jìn)一步研究解決。隨著(zhù)智能電網(wǎng)工作的不斷推進(jìn)，不僅可作為傳統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(lái)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。

參考文獻

[1] 韋鋼, 吳偉力, 胡丹云等，分布式電源及其并網(wǎng)時(shí)對電網(wǎng)的影響[J].高電壓技術(shù)，2007，33(1)：36-40

[2] 胡成志，盧繼平.分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護影響的分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2006，29(8) [3] Girgis A, Brahma S.Effect of Distributed Generation onProtective Device Coordination in Distribution System [C]//2001 Large Engineering Systems Conference on PowerEngineering, Canada, 2001:115-119.

[4] 王希舟，陳鑫. 分布式發(fā)電與配電網(wǎng)保護協(xié)調性研究[J].繼電器，2006，34(3)：15-19.

[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].電力系統自動(dòng)化，2008，32(1)：93-97.

[6] 李鵬, 張玲, 盛銀波，新能源及可再生能源并網(wǎng)發(fā)電規?；瘧玫挠行緩?mdash;—微網(wǎng)技術(shù)[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2009，36(1)：10-14

[7] 魯宗相，王彩霞，閡勇，等.微網(wǎng)研究綜述[J].電力系統自動(dòng)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].電力系統自動(dòng)化，2008，32(7)：98-103

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