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(biāo)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(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(duì)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(yán)峻問題，智能電網(wǎng)所提出的“安全、經(jīng)濟(jì)、高效、清潔、低碳”的變革理念標(biāo)志著世界電力發(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(duì)分布式電源并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行歸納分析，并對(duì)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(duì)智能配電系統(tǒng)的影響

1.1 對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃的影響

分布式電源并入電網(wǎng)，將對(duì)傳統(tǒng)的配網(wǎng)規(guī)劃帶來(lái)較大的復(fù)雜性和不確定性[1]。分布式電源增大了區(qū)域內(nèi)負(fù)荷增長(zhǎng)及分布的預(yù)測(cè)難度，同時(shí)其安裝位置的不確定性及固有的間歇性、隨機(jī)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(fù)雜性，保證配網(wǎng)整體運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1.2 對(duì)電網(wǎng)運(yùn)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(dòng)和停運(yùn)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(duì)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(fù)面影響[1]。

1.3 對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的影響

目前，我國(guó)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(hù)裝設(shè)在變電站內(nèi)饋線斷路器處，采用保護(hù)和測(cè)控一體化裝置，一般配置傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)，即瞬時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)，采用時(shí)間配合的方式實(shí)現(xiàn)全線路的保護(hù)。

上述饋線保護(hù)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(shí)短路電流的大小、流向和分布均會(huì)發(fā)生變化，傳統(tǒng)配電網(wǎng)中保護(hù)之間的配合關(guān)系被打破，保護(hù)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(hù)作用。對(duì)基于重合器、分?jǐn)嗥鞯酿伨€自動(dòng)化裝置可能導(dǎo)致重合器誤動(dòng)、相鄰線路的瞬時(shí)速斷保護(hù)誤動(dòng)、分?jǐn)嗥饔?jì)數(shù)不正確等[2-5]。

對(duì)于這些問題，國(guó)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(jìn)型的方法，利用現(xiàn)有的保護(hù)裝置根據(jù)分布式電源的接入位置進(jìn)行分區(qū)域設(shè)計(jì);另一類是網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)，依靠通信網(wǎng)絡(luò)解決傳統(tǒng)保護(hù)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(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能系統(tǒng)由兩部分組成：由儲(chǔ)能元件(部件)組成的儲(chǔ)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(jiǎn)稱PCS) 。儲(chǔ)能裝置主要實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)充放電控制、交直流電轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)控制及運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)監(jiān)控等。

目前國(guó)內(nèi)外研究的應(yīng)用于分布式電源中的儲(chǔ)能裝置主要為：

1)蓄電池儲(chǔ)能：蓄電池儲(chǔ)能可與超級(jí)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(xiàng)新型蓄電池的相繼研發(fā)成功。

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

3)超級(jí)電容儲(chǔ)能：超級(jí)電容器容量可達(dá)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(zhǎng)的特點(diǎn);與蓄電池相比,它功率較高，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。因此，超級(jí)電容器是一種高效、實(shí)用、環(huán)保的能量存儲(chǔ)裝置。

4)飛輪儲(chǔ)能：飛輪儲(chǔ)能是一種新型的機(jī)械儲(chǔ)能方式，它將能量以動(dòng)能的形式存儲(chǔ)在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。它擁有儲(chǔ)能密度高、無(wú)過充放電問題、充電時(shí)間短、對(duì)溫度和環(huán)境不敏感等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用于分布式發(fā)電技術(shù)中擁有較大的優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力。

智能電網(wǎng)中，儲(chǔ)能技術(shù)需要解決分布式發(fā)電與儲(chǔ)能裝置容量配置問題、電力電子裝置接口的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制及保護(hù)技術(shù)、智能充放電控制及儲(chǔ)能裝置維護(hù)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(chǔ)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(gè)可控單元，可以靈活地并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行，其入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)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(guī)模接入問題，能進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性、可控性和經(jīng)濟(jì)性，更好地滿足電力用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性的更高要求。

微網(wǎng)的運(yùn)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(gè)難點(diǎn)問題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究主要集中在三個(gè)方面，分別為對(duì)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(shí)現(xiàn)分布式電源靈活、安全接入電網(wǎng)，應(yīng)該有針對(duì)性地選擇協(xié)調(diào)控制策略：對(duì)于微型燃?xì)廨啓C(jī)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(duì)于風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性強(qiáng)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(shí)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(fēng)能、太陽(yáng)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(jì)性降低。隨著這些電源比例的逐步提高，電網(wǎng)的運(yùn)行和調(diào)度的問題變得越來(lái)越突出。

目前歐洲提出了利用分布式能量管理系統(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(gè)地區(qū)的分布式電源、儲(chǔ)能裝置和負(fù)荷集成起來(lái)，虛擬成電網(wǎng)一個(gè)獨(dú)立個(gè)體，具有類似大規(guī)模發(fā)電廠或集中負(fù)荷一樣的可控性，可以提前向電網(wǎng)提交發(fā)電計(jì)劃和負(fù)荷需求。

3 結(jié)語(yǔ)

分布式發(fā)電技術(shù)的研究和應(yīng)用在我國(guó)已取得不少成果，但仍有許多問題需進(jìn)一步研究解決。隨著智能電網(wǎng)工作的不斷推進(jìn)，不僅可作為傳統(tǒng)供電模式的一種重要補(bǔ)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。

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