分布式电源并网技术：智能电网的关键基础

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智能配电网分布式并网技术（一）

北极星智能电网在线

关键词：分布式电源、智能配电、分布式电网并网

智能电网区别于传统电网的一个基本特征是它们支持大量分布式电源（DIST、DER）。满足DER并网需求是智能电网被提出并迅速发展的根本原因。本讲座介绍了分布式电源及其并网技术的基本概念，作为读者学习和理解智能电网技术的基础知识。

1 分布式电源概念

分布式电源是指向本地负载供电、可直接接入配电网的小型（容量一般小于50MW）供电装置。它包括分布式发电装置和分布式储能装置。

分布式发电（Dist、DG）装置可分为热电冷联产发电、内燃机组发电、燃气轮机发电、小水力发电、风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池等根据所使用的技术不同；根据使用的能源类型，DG可分为化石能源（煤炭、石油、天然气）发电和可再生能源（风电、太阳能、潮汐能、生物质能、小水电等）发电两种形式。分布式储能（Dist，DES）装置是指模块化、可快速组装、接入配电网的能量存储和转换装置。根据储能形式的不同，DES可分为电化学储能（如电池储能装置）、电磁储能（如超导储能和超级电容器储能等）、机械储能装置（如飞轮储能）此外，近年来发展迅速的电动汽车也可以在需要时向配电网输送电力，因此也被广泛应用。一种 DES。

2 分布式电源的发展

2.1分布式发电技术发展

长期以来，电力系统一直向大机组、大电网、高压方向发展。 20世纪80年代，各种分散、小容量的发电技术开始引起人们的关注。经过20多年的发展，分布式发电已成为影响电力行业未来的重要力量。造成这一变化的主要原因如下。

1）应对全球能源危机的需要。随着国际油价持续飙升，能源安全问题日益突出。为了实现可持续发展，人们的注意力转向了可再生能源。因此，风力发电、太阳能发电等备受关注，发展迅速并开始大规模商业应用。这些可再生能源发电大多规模较小且分散。

2）保护环境的需要。由二氧化碳排放引起的全球气候变暖问题引起了世界各国政府的高度关注，并成为当今世界政治的核心问题之一。为了保护环境，世界工业化国家纷纷立法支持可再生能源发电和其他清洁发电技术（如热电联产微型燃气轮机），有利地促进了分布式发电的发展。

3）天然气发电技术发展。对于天然气发电来说，单位容量对机组效率影响并不显着，且天然气输送成本远低于电力，因此更适合采用小容量特性的DG。

4）规避投资风险。由于难以准确预测长期电力需求增长，电力公司往往不愿投资大型发电厂和长距离特高压输电线路，以避免风险。此外，高压线路走廊的选型也有难度。这促使电力公司选择一些投资小、见效快的DG项目来解决就地供电问题。

在国际上，DG的发展方兴未艾。美国于1978年修订了《公用事业法》，要求所有电力公司合法接受用户的小型能源系统，特别是并网的火电机组； 2000年，热电联产装机占总装机的7%。 %，预计到2010年将占其总装机容量的14%； 2008年，风电装机容量达到2500万千瓦；太阳能发电装机容量达到87万千瓦。欧洲是世界上最先应用DG的国家。目前，丹麦、芬兰、挪威等国的DG容量已接近或超过其发电总装机容量的50%；德国是欧洲DG应用最多的国家，2008年底风电装机容量为2300万千瓦，太阳能发电装机容量为540千瓦。

我国使用的DG原本主要以小水电为主，风电、光伏发电等起步较晚。 2003年以来，国家大力推进节能减排，颁布了《可再生能源法》并制定了一系列促进可再生能源利用和节能技术发展的政策。截至2008年底，我国风电装机容量达到1200万千瓦，位居世界第三；光伏发电装机容量达到14万千瓦。

近年来，世界各国政府高度重视能源安全和环境问题。美国和欧盟均提出2020年可再生能源应用占能源消费总量20%以上；我国还制定了2020年应用可再生能源占能源消费总量15%的目标。目前各国可再生能源发电量占发电装机总容量的比例远低于这些目标，这使得可见DG还有巨大的发展空间。

目前，风电等可再生能源发电成本仍远高于常规燃煤发电。只有国家实行税收优惠政策并提供一定的财政补贴，才能激励投资者发展分布式发电。其次，DG并网技术也是制约DG发展的重要因素。因此，智能电网的提出，从技术上为解决这一问题创造了条件。

2.2分布式储能技术发展

储能是电力系统调峰的有效手段。抽水蓄能电站作为一种成熟的储能技术已得到广泛应用。近年来，分布式储能技术作为补偿DG出力间歇性和波动性的有效手段引起了人们的关注。

电池是一种传统的储能技术。钠硫电池具有容量大、效率高、结构紧凑、易于扩容、对环境影响小等优点。当技术进一步成熟后，可用于城市电网和可再生能源发电补偿。超级电容器容量大、寿命长、环保。它们已在市场上得到广泛应用。 2005年，美国加利福尼亚州建造了450千瓦超级电容器储能装置，以减少950千瓦风力涡轮机向电网输送的电力波动。飞轮储能效率高、寿命长。德国、美国等正在投资开发飞轮储能装置用于电网调峰。超导磁储能具有效率高、响应快等优点，已在风力发电系统中得到应用。

总体而言，分布式储能技术仍处于发展阶段，尚未实现大规模产业化。这需要国家政策的引导和支持。

3 分布式电源并网对配电网的影响

3. 1 分布式电网并网的作用

分布式发电装置并网将给配电网带来一系列积极影响。

1）提高供电可靠性。分布式能源可以弥补大电网安全稳定的不足。包含分布式能源的微电网可以在电网大停电时维持对全部或部分重要用户的供电，避免大面积停电造成的严重后果。

2）提高电网防灾水平。在灾害发生时，DER可以维持对一些重要负载的供电，减少灾害损失。

3）DER启停方便，调峰性能好，有利于负载均衡。

4）DER投资小、见效快。发展DG可以减少和延缓大型常规电厂和输配电系统的投资，降低投资风险。

5）可满足特殊场合的电力需求。例如，可用于大电网难以到达的偏远地区供电；在重要聚会或庆典时，DER可作为移动应急电源，处于热备用状态。

6）减少传输损耗。 DER向附近的用电设备供电，避免电网长距离输电造成的输电损耗。

分布式储能装置并网后，在负荷低谷时可以从电网获取电能，在负荷高峰时向电网送电，起到负荷削峰填谷的作用充填，提高电网运行效率。它的另一个重要作用是可以与风能、太阳能等可再生能源发电装置配合使用，以补偿现场可再生能源发电装置电力输出的间歇性。

3.2 分布式电源并网带来的技术问题

分布式能源的大规模接入改变了传统配电网中电力的单向流动，给配电网带来了一系列新的技术问题。

1）电压调整问题。 DER与配电线路的连接会引起电压分布的变化。由于配电网调度人员很难掌握分布式能源的投入和退出时间以及产生的有功功率和无功功率的变化，因此配电线路的电压调节控制非常困难。

2）继电保护问题。 DER并网后，会改变故障时配电网原有的短路电流水平，影响电压和短路电流的分配，从而对继电保护系统产生影响：

(1)造成保护拒动。 DER对保护动作的影响如图1所示。如果线路M处接入DER，当线路k末端发生短路故障时，会向故障处送出短路电流点并升高M处的电压，从而减小保护R检测到的母线处的短路电流，从而降低保护动作的灵敏度，严重时可能导致保护拒绝动作。

图1 DER对保护行动的影响

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