溫 鵬郭 琳

1.2.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局839臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平不斷提高和工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)電能的使用要求越來(lái)越高。但是不可再生資源的數(shù)量是有限的，同時(shí)由于煤炭等能源排放增多，許多有害物質(zhì)進(jìn)入到空氣中，加劇了空氣污染?，F(xiàn)階段，投資省、損耗低、干凈高效、靈活多變的新型供電方式即分布式供電更加被人們接受。分布式供電的接入的位置和容量大小會(huì)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)造成饋線上節(jié)點(diǎn)電壓分布的改變，了解分布式電源對(duì)配電系統(tǒng)的影響，能夠優(yōu)先幫助充分考慮其對(duì)配電系統(tǒng)的負(fù)面影響并加以規(guī)避。

1 分布式供電電源的分類概述

不同類型DG電源適應(yīng)于不同場(chǎng)景和不同類型的DG選址定容工作，并產(chǎn)生不同的影響。受自然環(huán)境與自然條件的限制，不同地區(qū)在進(jìn)行分布式電源選址定容時(shí)，會(huì)結(jié)合該地區(qū)配電網(wǎng)特點(diǎn)選擇不同種類的分布式電源，例如在負(fù)荷波動(dòng)較大區(qū)域，會(huì)選擇儲(chǔ)能電池。在低谷時(shí)充電，高峰時(shí)放電，能夠平抑負(fù)荷。在郊區(qū)配電網(wǎng)，可以選擇生物質(zhì)發(fā)電作為分布式供電電源，因?yàn)橛休^為充足的生物質(zhì)資源。若考慮燃料資源問(wèn)題，應(yīng)該更偏向于燃料集中的地方。所以選擇不同的分布式電源會(huì)對(duì)最終的選擇產(chǎn)生較大影響。

1.1 光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是利用光伏電池板將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。光伏電池板利用半導(dǎo)體元件特有的電子學(xué)特性，達(dá)到光電轉(zhuǎn)化的目的。太陽(yáng)能光伏電源所產(chǎn)生的電能可以滿足用戶照明和生活供電的需要，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，這種清潔無(wú)污染的發(fā)電方式還可以與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)以彌補(bǔ)不足。

太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)主要采用了一些可以產(chǎn)生光伏效應(yīng)的物質(zhì)，如單晶硅、多晶硅等。在一塊完整的硅片上，通過(guò)采用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，我們稱兩種半導(dǎo)體的交界面附近的區(qū)域?yàn)镻N結(jié)，如圖1所示。

太陽(yáng)能電池表面受到光的照射后，一些光子被硅原料吸收后將轉(zhuǎn)移到硅原子上，引起電子躍遷，其在P-N結(jié)兩邊集中后產(chǎn)生了電位差，所以一旦外部電路接通，其內(nèi)部則會(huì)在電位差的作用下形成電流，通過(guò)外電路產(chǎn)生輸出功率。

圖1 晶體硅發(fā)電過(guò)程

1.2 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電作為一種已經(jīng)得到大范圍應(yīng)用推廣的發(fā)電方式，近年來(lái)依舊發(fā)展迅速。風(fēng)力發(fā)電的基本原理是通過(guò)風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，運(yùn)用變速箱改變轉(zhuǎn)速以匹配發(fā)電機(jī)，達(dá)到驅(qū)使發(fā)電機(jī)發(fā)電的效果。這個(gè)過(guò)程能夠把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而完成發(fā)電過(guò)程。

1.3 生物質(zhì)能發(fā)電

生物質(zhì)能發(fā)電作為一種可持續(xù)的新型能源發(fā)電方式，主要使用生物質(zhì)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電。生物質(zhì)能發(fā)電有燃燒發(fā)電、混合發(fā)電、氣化發(fā)電、沼氣發(fā)電、垃圾發(fā)電等形式。

1.4 燃料電池

與生物質(zhì)能發(fā)電相比，燃料電池發(fā)電效率更高，且對(duì)燃料適應(yīng)性強(qiáng)、清潔無(wú)污染，發(fā)展前景十分廣闊。燃料電池的發(fā)電原理是將不間斷供應(yīng)的燃料釋放出的化學(xué)能不經(jīng)任何處理轉(zhuǎn)化為電能。不同類別的燃料電池一般根據(jù)其中電解質(zhì)的不同來(lái)區(qū)分。當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的燃料電池主要有固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸型燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池四種類型。

2 分布式供電電源對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響

隨著電力市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)放，以及分布式發(fā)電成本的逐年降低，分布式電源在電力系統(tǒng)中占據(jù)的份額逐年遞增。在配電網(wǎng)中不同節(jié)點(diǎn)接入不同容量的分布式電源會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不同的影響。例如某節(jié)點(diǎn)接入DG會(huì)抬高附近節(jié)點(diǎn)的電壓，會(huì)在附近線路上產(chǎn)生逆向電量。同時(shí)根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)對(duì)可靠性的要求，需要在重要節(jié)點(diǎn)接入具有黑啟動(dòng)能力的DG電源，在必要的時(shí)候轉(zhuǎn)入孤島模式。

2.1 分布式電源對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的影響

分布式電源接入配電網(wǎng)，對(duì)系統(tǒng)的安全和可靠性帶來(lái)的影響既有正面又有負(fù)面。將DG作為電源接入系統(tǒng)之后，能夠在一定程度上消除線路上的過(guò)負(fù)荷和堵塞，提高電網(wǎng)的輸電裕度。通過(guò)對(duì)分布式電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟贾煤碗妷赫{(diào)節(jié)后能夠?qū)ο到y(tǒng)電壓起到支持作用，在一定程度上改善網(wǎng)絡(luò)電壓水平。系統(tǒng)接入DG之后，對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生較大沖擊。假如DG沒(méi)有低電壓穿越能力，電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)一般需要切除此DG，因?yàn)楫?dāng)其所接的線路出現(xiàn)故障重合后，DG不僅起不到電壓支持的效果，相反地還會(huì)加重電壓跌落。更嚴(yán)重的，一旦分布式電源發(fā)生故障時(shí)不能在規(guī)定時(shí)限內(nèi)跳閘，非同期重合會(huì)使繼保裝置誤動(dòng)作、損壞設(shè)備，如果線路不能在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電，用戶的損失將更加嚴(yán)重。

2.2 分布式電源對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響

在接入配電網(wǎng)后，分布式電源輸出的波動(dòng)會(huì)引起配電網(wǎng)各種電能質(zhì)量的波動(dòng)，進(jìn)而影響系統(tǒng)的電能質(zhì)量。其影響主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

2.2.1 對(duì)電壓的影響

分布式電源主要安裝于配網(wǎng)中，安裝后配網(wǎng)由僅有一個(gè)電源的放射狀系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成了含有多個(gè)電源的系統(tǒng)，電流的大小和方向必然產(chǎn)生很大變化，由此帶來(lái)的潮流分布變化，會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓產(chǎn)生難以預(yù)料的改變。原定的調(diào)壓方案不一定能滿足接入分布式電源后新的需要，因此有必要重新評(píng)估分布式電源對(duì)電力系統(tǒng)電壓的影響。DG并網(wǎng)后對(duì)配電系統(tǒng)電壓的影響非常大，主要表現(xiàn)為以下幾方面：

（1）接入后，會(huì)對(duì)配電網(wǎng)線路上的電壓分布產(chǎn)生重大影響，影響較大的因素包括分布式電源的容量大小、接入位置等。

（2）相同滲透率的DG布置在數(shù)個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)上與都安裝在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上相比對(duì)電壓的支持效果更強(qiáng)。

（3）穩(wěn)態(tài)電壓下，由于饋線上的輸送功率減小且無(wú)功功率對(duì)輸出起到了支持作用，所以促使沿饋線的每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上的電壓被抬高。其中電壓波動(dòng)問(wèn)題尤為嚴(yán)重，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)電壓波動(dòng)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生有功和無(wú)功負(fù)荷。沿線路末端方向，電壓的波動(dòng)越來(lái)越大。如果負(fù)荷在線路末端較為集中，電壓的波動(dòng)將會(huì)更加嚴(yán)重。DG并網(wǎng)后，有兩個(gè)因素會(huì)造成系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，一是與DG協(xié)調(diào)運(yùn)行的本地負(fù)荷若發(fā)生變化，此時(shí)分布式電源能夠抑制系統(tǒng)電壓的波動(dòng)；二是DG無(wú)法與本地負(fù)荷協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)，比如風(fēng)力發(fā)電，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電的有功輸出主要受風(fēng)速的影響，容易產(chǎn)生波動(dòng)，難以與當(dāng)?shù)刎?fù)荷協(xié)調(diào)運(yùn)行，并使網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)增強(qiáng)。

2.2.2 諧波問(wèn)題

分布式電源接入系統(tǒng)后，帶來(lái)的另一個(gè)較為嚴(yán)重的問(wèn)題就是諧波問(wèn)題。產(chǎn)生的原因有兩種，一是分布式電源自身就是一個(gè)諧波源；二是分布式電源中用了大量的電力電子設(shè)備，以風(fēng)機(jī)為例，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)自身會(huì)產(chǎn)生一定量的諧波，但是其所生成的諧波影響不大，可以忽略。

3 配電網(wǎng)分布式電源選址定容的要求

分布式電源的出現(xiàn)使得配電網(wǎng)規(guī)劃有了更加豐富的選擇，也對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。隨著分布式電源的增加，在電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)，發(fā)電量的調(diào)整方面有了新的困難，增加了電力系統(tǒng)的不確定性。規(guī)劃問(wèn)題的動(dòng)態(tài)屬性非常復(fù)雜，同其與維數(shù)密切相聯(lián)。由于分布式電源的種類比較多，所以在對(duì)分布式電源進(jìn)行安裝時(shí)，知道如何選取最合適的電源類型以及如何對(duì)其進(jìn)行合理的調(diào)配非常重要。

結(jié) 語(yǔ)

本文第一部分先對(duì)當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的幾類DG形式作了概述。之后詳細(xì)闡述了DG入網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的電壓水平、安全穩(wěn)定性、電能質(zhì)量等要素產(chǎn)生的影響。在此基礎(chǔ)上分析了DG對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃問(wèn)題的影響與要求。由此可見(jiàn)，不同類型DG電源適應(yīng)于不同場(chǎng)景和不同類型的DG選址定容工作，并且不同類型的分布式供電電源對(duì)選址定容工作會(huì)產(chǎn)生不同的影響，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)自然環(huán)境與自然條件及不同類型分布式供電電源特點(diǎn)合理計(jì)算。