分布式电源接入配电系统方式探讨

【摘 要】 分布式发电技术被认为是一种极有发展前途的发电技术。它清洁、环保、经济、高效。文中介绍了分布式电源的特点及其并网模式。并分析了与配电网并网后,它从潮流、电压、频率、功率因数、谐波污染等方面对电网的影响。在解决好并网的相关问题后,分布式电源将会有长足的发展。

【关键词】 分布式电源 配电系统 并网

0 引言

分布式发电(Distributed Generation)或分布式电源(Distributed Resource)区别于集中发电、远距离传输,大互联网络的传统形式,为满足某些终端用户的要求,模块式分布在用户附近的清洁环保、经济、高效、可靠的发电方式及储能系统。

分布式电源的兴起,是地球环境可持续发展政策与技术进步的产物。目前,这种电源在我国仅占极小的比例,但可以预计在未来的若干年内,分布式电源不仅可以作为集中式发电的一种重要的补充,还将在能源综合利用上占有十分重要的地位。无论是解决城市的供电,还是解决边远农村地区的用电问题,都具有巨大的潜在市场,一旦解决了主要的障碍和瓶颈,分布式发电系统将获得迅速发展。

1 分布式电源的特点

分布式电源的兴起,是地球环境可持续发展政策与技术进步的产物。

常见的DG形式包括了一些采用天然气、生物质、风能的技术。可以预计在未来的若干年内,分布式发电不仅可以作为集中式发电的一种补充,还将在能源综合利用上占有十分重要的地位。

在我国,随着经济建设的不断发展,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。相对于集中式发电不能灵活跟踪负荷的变化,局部事故极易扩散,导致大面积停电等弊端,发展DG的重要意义在于以下几个方面:

(1) 经济性:分布式发电的输配电损耗很低,无需建配电站,可降低或避免附加的输配电成本。

(2) 环保性:因其采用可再生能源作材料,故可减少有害物的排放总量,减轻环保的压力。大量的就近供电减少了大容量、远距离、高电压输电线路的建设,故减少了电磁污染、高电压输电线的征地面积和输电走廊,减少了对线路下树木的砍伐,有利于环保。

(3) 能源利用的多样性:分布式发电可利用多种能源,并同时为用户提供冷、热等多种能源应用方式。

(4) 调峰作用:调峰性能好、操作简单、启停快速,便于实现全自动,可降低电力负荷。

(5) 安全性和可靠性:当大电网出现大面积停电事故时,具有特殊设计的分布式发电系统仍能保持正常运行,可以弥补大电网安全稳定性的不足。

(6) 电力市场问题。分布式发电是一种适应电力市场发展的需要,由多家共同发展电力事业的良好方式。

(7) 投资风险:它的装机容量一般较小,建设周期短,因此可避免类似大电厂建设周期长的风险。

2 分布式电源并网模式

分布式电源同配电网并网运行可以有效降低电力峰荷,缓解电压骤降,消除过负荷和堵塞,增加输电裕度,充分发挥DG机组的优势,还可以提高能源利用率,减少污染物的排放,降低配电网的损失,并且大大提高供电可靠性。

DG并网运行是指DG机组在正常运行情况下,与常规配电网在主回路上存在电气连接,连接点一般称为“公共连接点”(PCC),电气连接包括电缆直接连接、经过变压器连接、经过逆变器连接等方式。一般而言,鉴于其容量小的特性,分布式电源根据DG机组容量的不同,选择不同的并网电压,直接接入配电系统(380V或10kV配电系统)并网运行。DG机组并网运行按照功率交换方式,可分为普通并网和并网不上网两种。普通并网时DG机组可以向电网输送多余功率;而并网不上网时则严格禁止DG机组的功率外送,即PCC处功率流向只能是电网流向DG用户。

3 分布式电源并网运行对配电网的影响

对潮流的影响。因为DG机组可能频繁启停,从而使配电线路负荷潮流不断发生大的变化,使电压调整变得很困难,容易导致电压超标。如何控制DG的投切,避免大量DG的群起群落对系统造成的冲击,成为保证系统供电质量的重要问题。

(1) 对电压的影响。DG接入必然会引起相关线路和区域中潮流发生变化,从而影响到稳态电压的分布。研究表明,接入分布式电源后,配电网各节点电压均可能改变。这必然会引起线路损耗的变化。

(2) 对频率的影响。整个电网是一个同步系统,要求所有节点的频率必须保持一致,这样系统才能稳定运行。DG机组由于容量较小,占系统比例很小,因此DG机组的启停对系统的频率没有太大影响。

(3) 对功率因数的影响。DG可以通过励磁调节或移相装置来控制输出的无功功率,而传统的配电网也会采用电容器投切的方法来跟踪系统的无功变化。因此,配电网电容器投切应与DG的励磁调节相配合,否则会出现争抢调节的现象。为了减少配电系统对于DG机组的无功依赖,保证机组停止运行后系统电压仍然稳定,DG机组应在高功率因数下运行,同时在DG机组和电网并网处加装无功补偿装置。

(4) 电压波动和闪变。对于一般的DG机组,由于其机组容量小,惯性小,容易受到负荷变化的冲击。有仿真计算结果表明,当DG机组强制跟随负荷变化调整机组出力时,如果机组的控制系统调整不当,调整量与实际负荷的变化不匹配,此时会造成发电机出口处电压的幅值在很长时间内保持周期性波动,频率在6～7Hz之间。

(5) 谐波污染问题。谐波会增加谐波的有功和无功,降低电压,浪费电网容量,时电量计算不准,还会造成电容器等电力器件产生过流、升温、击穿等事故,同时谐波还会对继电保护设备产生影响,造成误动作。以逆变器等电力电子原件作为并网接口的DG系统,不可避免的会给电网带来谐波污染。

(6) 孤岛效应问题。孤岛效应指的是在大电网断开后,独立的并网发电系统继续向区域负荷供电的现象。DG在孤岛状况下运行时,可能会给用户和维修人员的人身安全带来危险,对线路和设备的安全造成威胁。DG的孤岛运行还可能带来非同期重合闸的危险。

(7) 对配电网保护系统的影响。由于传统的配电网为单电源放射状结构,其保护系统相对较为简单。考虑电网80%～90%的故障为瞬时性故障和不同线路的具体特征,应分布采用重合闸前加速和重合闸后加速装置,以快速恢复瞬时性故障,提高供电可靠性。配电网中大量的继电保护装置早已存在,不可能为了新增的DG而作大量的改动,DG必须与之配合并适应它。当系统发生故障时,如果相关的DG不能及时断开,就会向故障点提供故障电流,这可能会带来保护误动作,保护拒动作、故障等级上升等不良后果。

4 我国分布式能源的发展

我国是一个能源生产和消费大国,经济的快速发展导致能源需求的快速增长。能源已成为对国民经济发展有重大影响的支柱产业。改革开放以来,我国能源工业发展迅速,基本上满足了国民经济发展的需要,曾一度出现供大于求的局面。但是我国毕竟是一个发展中国家,随着工业化和城市化发展速度的加快,特别是中国政府提出2020年比2000年GDP翻两番的发展目标后,经济发展速度加快,能源需求急速增长,能源供应不足的瓶颈问题再次出现,电力、石油、煤炭供应全面紧张,20多个省、市、自治区不同程度拉闸限电,煤炭供应不足,价格一路上涨,电力价格也随之上调。能源问题成为社会各界关注的焦点之一。

目前,热电联产技术成熟、效率较高、节能效果显著,是最主要的分布式能源。可再生能源在我国农村能源供应中发挥了重要作用,正在向商业化和规模化方向快速发展,前景十分广阔,我国政府对上述技术的推广应用都十分重视。

我国大部分小型可再生能源发电分布在农村地区,包括小水电、光伏发电、沼气发电和秸秆发电等分散电源,近年来城市分散的光伏发电也开始应用,分布式可再生能源发电成为常规电力的有益补充,而且在许多偏远地区是唯一可采用的供电方式。随着资源意识、环保意识和科技意识的加强,大量的工业废水、养殖场废弃物和城市生活垃圾都可能成为分布式发电的燃料,既增加了能源资源量,也消除了环境污染,是发展循环经济的重要内容。农村分散可再生能源开发利用还将扩大农村就业,增加农民收入,为农村地区可持续发展开创一条新路。

5 结束语

分布式电源同配电网并网运行,能够充分发挥DG机组的优势,提高能源利用率,减少污染物的排放,降低配电网损耗,提高供电可靠性。目前许多国家和地区,都提倡分布式电源并网运行,并且制定了相关的并网规范。 虽然分布式电源并网还存在许多难题和瓶颈,但是从目前各个国家和地区分布式电源运行的情况来看,DG机组并网在技术上是可行的,只要设备选型得当,运行良好,不会影响配电网的安全运行。因此,我国应加快DG并网条例的制定,使得分布式电源并网有章可循,从而促进我国的DG项目的快速发展。