分布式電源與智能電網(wǎng)的關(guān)系解析

1、分布式電源概述

分布式直流電源裝置是指功率為數(shù)千瓦至50MW小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。這些電源由電力部門、電力用戶或第3方所有，用以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求。如調(diào)峰、為邊遠(yuǎn)用戶或商業(yè)區(qū)和居民區(qū)供電，節(jié)省輸變電投資、提高供電可靠性等等。

分布式能源系統(tǒng)并不是簡(jiǎn)單地采用傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)，而是建立在自動(dòng)控制系統(tǒng)、先進(jìn)的材料技術(shù)、靈活的制造工藝等新技術(shù)的基礎(chǔ)上，具有低污染排放，靈活方便，高可靠性和高效率的新型能源生產(chǎn)系統(tǒng)。

組成分布式能源系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

①高效地利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能生成熱和電;

②現(xiàn)場(chǎng)端的可再生能源系統(tǒng);

③包括利用現(xiàn)場(chǎng)廢氣、廢熱及多余壓差來(lái)發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。

現(xiàn)階段我國(guó)的能源方式仍以集中供能系統(tǒng)為主，分布式能源的發(fā)展并不能取代傳統(tǒng)的能源供應(yīng)方式，將是集中供能系統(tǒng)的有益補(bǔ)充。因此，在我國(guó)可再生能源發(fā)電模式將是集中發(fā)電遠(yuǎn)距離輸電與分布式發(fā)電相結(jié)合的方式。截至2012年底，我國(guó)已并網(wǎng)投產(chǎn)的分布式電源1.56萬(wàn)個(gè)，裝機(jī)容量3436萬(wàn)kW，其中分布式水電2376萬(wàn)kW，世界第一;余熱、余壓、余氣資源綜合利用和生物質(zhì)發(fā)電近年來(lái)增長(zhǎng)迅速，裝機(jī)871萬(wàn)kW，分布式光伏是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)，前景非?？捎^。

2.分布式發(fā)電接入對(duì)電網(wǎng)的影響

為了鼓勵(lì)和規(guī)范分布式電源的發(fā)展，國(guó)網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/GDW480-2010分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》于2010年8月2日發(fā)布并實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)適用于國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)以同步電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、變流器等形式接入35kV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)的分布式電源接入電網(wǎng)應(yīng)滿足的技術(shù)要求。標(biāo)準(zhǔn)中明確了分布式電源接入系統(tǒng)的原則，規(guī)定了公共連接點(diǎn)處分布式電源并網(wǎng)容量限制;短路電流限制;并網(wǎng)推薦電壓等級(jí)等。且對(duì)功率控制和電壓調(diào)節(jié)也進(jìn)行了規(guī)定。

為了規(guī)范分布式電源的準(zhǔn)入條件，減小大規(guī)模分布式電源接入后對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)定了分布式電源接入電網(wǎng)應(yīng)遵循的基本原則：

(1)并網(wǎng)點(diǎn)的確定原則為電源并入電網(wǎng)后能有效輸送電力并且能確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)當(dāng)公共連接點(diǎn)處并入一個(gè)以上的電源時(shí)，應(yīng)總體考慮它們的影響。分布式電源總?cè)萘吭瓌t上不宜超過(guò)上一級(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%。

(3)分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)的短路電流與分布式電源額定電流之比不宜低于10。

(4)分布式電源接入電壓等級(jí)宜按照：200kW及以下分布式電源接入380V電壓等級(jí)電網(wǎng);200kW以上分布式電源接入10kV(6kV)及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，分布式電源采用低一電壓等級(jí)接入優(yōu)于高一電壓等級(jí)接入時(shí)，可采用低一電壓等級(jí)接入。

分布式電源通常接入配電網(wǎng)(主要是不接地、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，為單電源輻射型供電網(wǎng)絡(luò))，由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)并未考慮分布式電源的接入。在并入分布式電源后，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化，將從原來(lái)的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p電源甚至多電源網(wǎng)絡(luò)。潮流不再單向地從變電站母線流向負(fù)荷。DG并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)配電網(wǎng)的影響主要有以下幾個(gè)方面：電網(wǎng)電壓及頻率;電能質(zhì)量;繼電保護(hù)裝置;配電網(wǎng)管理系統(tǒng)。

3.分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響。

(1)對(duì)低壓電網(wǎng)原有繼電保護(hù)的影響。分布式電源接入電網(wǎng)將提供一定大小的短路電流，對(duì)低壓電網(wǎng)原有繼電保護(hù)整定有一定影響，分布式電源的接入應(yīng)充分考慮公共連接點(diǎn)的短路容量?？紤]分布式電源提供的短路電流后，原有繼電保護(hù)原則上無(wú)需更換，一般情況下只需修改相應(yīng)定值即可。如分布式電源提供的短路電流較大，可在原有繼電保護(hù)裝置上加裝方向元件即可解決誤動(dòng)的問(wèn)題。若由于分布式電源接入使得公共連接點(diǎn)允許的短路電流超過(guò)規(guī)定限值時(shí)，分布式電源需考慮增加限流阻抗。

分布式發(fā)電接入電網(wǎng)后對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響有如下幾個(gè)方面：改變?cè)欣^電保護(hù)的保護(hù)范圍;原有繼電保護(hù)流過(guò)逆向短路電流時(shí)，由于無(wú)相應(yīng)的方向元件，可能誤動(dòng);使得重合閘不成功;影響繼電器之間的配合關(guān)系;增加的短路電流可能超過(guò)斷路器的開(kāi)斷容量，造成設(shè)備損壞

(2)對(duì)上一級(jí)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響。為防止逆流對(duì)上一級(jí)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響，導(dǎo)致上一級(jí)電網(wǎng)需要在繼電保護(hù)設(shè)置等方面做出大范圍的調(diào)整，分布式電源所產(chǎn)生的電力電量盡量在本級(jí)配電區(qū)域內(nèi)平衡，為次國(guó)網(wǎng)公司特別規(guī)定了分布式電源總?cè)萘吭瓌t上不宜超過(guò)上一級(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%，避免了分布式電源向上一級(jí)電網(wǎng)倒送電力。該限值的取值主要根據(jù)區(qū)域內(nèi)負(fù)荷峰谷差估算分布式電源所產(chǎn)生的電力能在本供電區(qū)域內(nèi)全部平衡掉，從而保證了分布式電源的輸出不會(huì)對(duì)上一級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行造成大的影響。

(3)分布式電源自身須配置繼電保護(hù)裝置。分布式電源應(yīng)配置繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置，保護(hù)功能主要針對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行對(duì)電源提出保護(hù)設(shè)置要求確定，包括低壓和過(guò)壓、低頻和過(guò)頻、過(guò)流、短路和缺相、防孤島和恢復(fù)并網(wǎng)保護(hù)。分布式電源不能反向影響電網(wǎng)的安全，電源保護(hù)裝置的設(shè)置必須與電網(wǎng)側(cè)線路保護(hù)設(shè)置相配合，以達(dá)到安全保護(hù)的效果。

4、智能電網(wǎng)中的分布式電源

智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對(duì)電網(wǎng)與用戶用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，且采用最經(jīng)濟(jì)與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的可靠性和能源利用效率。

分布式電源(DER)的種類很多，包括小水電、風(fēng)力發(fā)電、光伏電源、燃料電池和儲(chǔ)能裝置(如飛輪、超級(jí)電容器、超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)、液流電池和鈉硫蓄電池等)。

一般來(lái)說(shuō)，其容量從1kW到10MW。配電網(wǎng)中的DER由于靠近負(fù)荷中心，降低了對(duì)電網(wǎng)擴(kuò)展的需要，并提高了供電可靠性，因此得到廣泛采用。特別是有助于減輕溫室效應(yīng)的分布式可再生能源，在許多國(guó)家政府政策上的大力支持下，迅速增長(zhǎng)。目前，在北歐的幾個(gè)國(guó)家，DER已擁有30%以上的發(fā)電量分額。在美國(guó)DER目前只占總?cè)萘康?%，而預(yù)期到2020年時(shí)這一份額將達(dá)25%。

大量的分布式電源并于中壓或低壓配電網(wǎng)上運(yùn)行，徹底改變了傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)單向潮流的特點(diǎn)，要求系統(tǒng)使用新的保護(hù)方案、電壓控制和儀表來(lái)滿足雙向潮流的需要。然而，通過(guò)高級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)把這些分布式電源無(wú)縫集成到電網(wǎng)中來(lái)并協(xié)調(diào)運(yùn)行，將可帶來(lái)巨大的效益。除了節(jié)省對(duì)輸電網(wǎng)的投資外，它可提高全系統(tǒng)的可靠性和效率，提供對(duì)電網(wǎng)的緊急功率和峰荷電力支持，及其他一些輔助服務(wù)功能，如無(wú)功支持、電能質(zhì)量改善等;同時(shí)，它也為系統(tǒng)運(yùn)行提供了巨大的靈活性。如在風(fēng)暴和冰雪天氣下，當(dāng)大電網(wǎng)遭到嚴(yán)重破壞時(shí)，這些分布式電源可自行形成孤島或微網(wǎng)向醫(yī)院、交通樞紐和廣播電視等重要用戶提供應(yīng)急供電。

5、分布式電源推動(dòng)智能電網(wǎng)的建設(shè)

智能配電及分布式電源接入是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。但是，風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、電動(dòng)汽車充換電站、儲(chǔ)能設(shè)備及微網(wǎng)等新型電源及負(fù)荷直接接入配電網(wǎng)，給配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新的技術(shù)問(wèn)題和挑戰(zhàn)。因此，配電網(wǎng)急需發(fā)展新的技術(shù)和工具，增加配電網(wǎng)的可靠性、靈活性及效率。從我們此次收到的論文來(lái)看，目前，各國(guó)都在積極開(kāi)展許多相關(guān)研究，開(kāi)發(fā)實(shí)用有效的技術(shù)解決方法，從而應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。

世界各國(guó)已經(jīng)取得了很大的成績(jī)，包括智能配電與分布式電源接入的新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范獲得發(fā)展，建成多個(gè)智能配電與分布式電源接入工程示范項(xiàng)目，研發(fā)了新的管理和控制系統(tǒng)。

今后，我們將進(jìn)一步發(fā)展和完善新的智能配電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，發(fā)展新的規(guī)劃和運(yùn)行工具及系統(tǒng)，在配電網(wǎng)中擴(kuò)展和推廣應(yīng)用示范工程成果，開(kāi)拓新的領(lǐng)域，加強(qiáng)國(guó)際間的交流，互相學(xué)習(xí)成功經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展的需要。

分布式能源系統(tǒng)與智能電網(wǎng)的打造密切相關(guān)，主電網(wǎng)負(fù)荷較大，調(diào)配并網(wǎng)后的分布式發(fā)電站，能夠靈活穩(wěn)定滿足附近用戶需求，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)電力的“自產(chǎn)自銷”，直破用電之“渴”。

6、小結(jié)

在今年8月份，南方電網(wǎng)公司繼財(cái)政部、國(guó)家發(fā)改委先后發(fā)布分布式發(fā)電新政策之后，正式出臺(tái)了《關(guān)于進(jìn)一步支持光伏等新能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，從并網(wǎng)、購(gòu)售電、并網(wǎng)調(diào)度管理等方面支持新能源的有序協(xié)調(diào)發(fā)展。同時(shí)，為支持分布式電源并網(wǎng)，國(guó)家電網(wǎng)公司已不再局限于為分布式電源提供接入電網(wǎng)的技術(shù)咨詢、工程驗(yàn)收調(diào)試等全過(guò)程服務(wù)，還開(kāi)始注重加強(qiáng)配網(wǎng)建設(shè)，以支撐大量分布式電源的接入。兩大電網(wǎng)企業(yè)是國(guó)家推動(dòng)分布式電源發(fā)展政策的具體執(zhí)行者，因此兩大電網(wǎng)的一系列舉措無(wú)疑將為分布式電源并網(wǎng)注入最直接的推動(dòng)力。

兩大電網(wǎng)不斷加碼“分布式電源”，足以顯示分布式電源對(duì)電網(wǎng)電力輸送的重要性，如今，分布式電源的接入正在不斷支持智能電網(wǎng)的建設(shè)，未來(lái)，智能電網(wǎng)與分布式電源的關(guān)系將會(huì)更加密切。