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        分布式電源在接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的研究

        2014-11-17 05:23:33段培明許美娜李東升
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年33期
        關(guān)鍵詞:分布式電源微網(wǎng)配電網(wǎng)

        段培明 許美娜 李東升

        摘 要:采用基于疊加原理的電壓分布算法,分析引入分布式電源后對配電網(wǎng)電壓分布的影響;并根據(jù)分布式電源的性質(zhì),利用微電網(wǎng)技術(shù),將分布式電源納入到純負(fù)荷性質(zhì)的微網(wǎng)和發(fā)電、負(fù)荷可控的微網(wǎng),解決了分布式電源潮流不可控的難題,并在配網(wǎng)規(guī)劃中對這兩類微網(wǎng)接入配網(wǎng)饋線的位置提出建議,達(dá)到了改善配電網(wǎng)電壓分布、降低網(wǎng)損的作用。

        關(guān)鍵詞:分布式電源;微網(wǎng);配電網(wǎng)

        引言

        全球范圍的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)使得新興能源的開發(fā)和利用成為一種迫切的需求。分布式發(fā)電這種環(huán)保、高效、靈活的發(fā)電方式已經(jīng)被世界各國所重視。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,分布式發(fā)電的優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn),導(dǎo)致越來越多的分布式電源并入電網(wǎng)運(yùn)行。

        在我國,農(nóng)村或郊區(qū)以放射型配電網(wǎng)為主,城市以網(wǎng)狀配電網(wǎng)為主,無論哪種配電網(wǎng)都是按用戶端沒有接入任何電源為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。當(dāng)大量的分布式電源接入到配電網(wǎng)中,配電網(wǎng)潮流的大小和方向有可能發(fā)生巨大改變,電壓分布也發(fā)生變化。規(guī)模和位置不合理的分布式電源可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)電壓下降或出現(xiàn)過電壓,改變故障電流的大小、方向,導(dǎo)致網(wǎng)損增加,甚至可能影響到配電系統(tǒng)的可靠性。

        為了維護(hù)配電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行,必須使分布式電源實(shí)現(xiàn)“可見”、“可控”、“易控”,能夠接受調(diào)度,要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)則需要將分布式電源單元集成到現(xiàn)有的配電系統(tǒng)中,這不但需要改進(jìn)現(xiàn)有的配電自動化系統(tǒng),而且極大的增加了調(diào)度的復(fù)雜性,對于類型多樣、數(shù)量龐大的分布式電源要做到合理調(diào)度,幾乎是不可完成的。微網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對分布式電源的綜合管理,統(tǒng)籌利用微網(wǎng)內(nèi)的發(fā)電、用電和儲能裝置,實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)功率優(yōu)化和平衡,可有效解決數(shù)量眾多、種類多樣的分布式電源并網(wǎng)問題。

        文章采用基于疊加原理的電壓分布算法,分析分布式電源引入后對配電網(wǎng)電壓分布的影響。并提出在配電網(wǎng)規(guī)劃和分布式電源接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,將不同類型的分布式電源結(jié)合儲能裝置組成潮流和電壓可控的微網(wǎng),接入配電網(wǎng)適合的位置,從而實(shí)現(xiàn)對分布式電源的調(diào)度,促進(jìn)分布式電源的發(fā)展。

        1 分布式電源并網(wǎng)對電壓分布的影響

        配電系統(tǒng)的基本單元是饋線。饋線的首端經(jīng)過高壓降壓變壓器與高壓配電網(wǎng)相連接,末端經(jīng)低壓降壓變壓器與用戶相連。我國饋線電壓等級大多是10kV,每條饋線上線路成樹狀分布,以輻射形網(wǎng)絡(luò)連接若干臺配電變壓器。饋線的不同位置分布有若干負(fù)荷,這些負(fù)荷種類繁多,隨機(jī)性大,要準(zhǔn)確地描述比較困難。為方便研究,文章采用靜態(tài)恒功率模型來表示各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷??紤]到配電網(wǎng)電壓較低,線路長度較短,設(shè)定以下假設(shè)條件:各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷三相對稱,三相線路間不存在互感。然后將所有線路阻抗均折合到系統(tǒng)電壓等級,得出饋線模型,見圖1。

        在圖1所示系統(tǒng)中,分布式電源注入前m節(jié)點(diǎn)電壓為:

        由式(2)可知,該節(jié)點(diǎn)注入分布式電源后,節(jié)點(diǎn)電壓與線路傳輸功率發(fā)生改變。集中供電一般采用輻射狀的配電網(wǎng),穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下,饋線電壓沿潮流方向逐漸降低.接入分布式電源后,饋線傳輸?shù)墓β蕼p少,抬高了饋線上各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓,這可能使一些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓偏移超標(biāo),節(jié)點(diǎn)電壓升高多少取決于分布式電源的接入位置及總?cè)萘看笮?。接入點(diǎn)電壓Vm必須小于電壓偏差要求的最大電壓Vmax,整條線路上電壓才能滿足要求。

        在1節(jié)點(diǎn)、8節(jié)點(diǎn)、17節(jié)點(diǎn)接人容量為1000+j 500 kVA的分布式電源,其節(jié)點(diǎn)類型設(shè)為PQ節(jié)點(diǎn),進(jìn)行潮流計(jì)算,結(jié)果如圖2所示。

        圖2 分布式電源接入位置與電壓幅值變化對比

        從圖2中不難發(fā)現(xiàn)分布式電源的接入可以提高系統(tǒng)的整體電壓水平,其接入位置與節(jié)點(diǎn)電壓幅值密忉相關(guān)。相同容量的分布式電源接在配電線路的不同位置,對線路的電壓分布產(chǎn)生的影響差別很大,接入點(diǎn)越接近線路末端節(jié)點(diǎn)對線路電壓分布的影響越大,越接近系統(tǒng)母線對線路電壓分布的影響越小。因此,在配電網(wǎng)規(guī)劃及分布式電源接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,需要根據(jù)分布式電源的性質(zhì)、容量確定合理的接入點(diǎn),確定合理的控制方式,只有這樣才能改善線路的電壓質(zhì)量,提高供電可靠性。

        2 分布式電源接入系統(tǒng)

        2.1 分布式電源的分類

        一般可以根據(jù)分布式電源的技術(shù)類型、所使用的一次能源及和與電力系統(tǒng)的接口技術(shù)進(jìn)行分類。按照技術(shù)類型可分為小型燃?xì)廨啓C(jī)、地?zé)岚l(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、具有同步或感應(yīng)發(fā)電機(jī)的往復(fù)式引擎、燃料電池、太陽熱發(fā)電、微透平等,按照一次能源可分為化石燃料、可再生能源;按照與電力系統(tǒng)的接口可分為直接相聯(lián)、逆變器相聯(lián);按照并網(wǎng)容量分,可分為小型分布式電源和大、中型分布式電源。小型分布式電源主要包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池等;大、中型分布式電源主要包括微型汽輪機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、小型水電等。

        2.2 微網(wǎng)技術(shù)簡介

        微網(wǎng)是一個小型發(fā)配電系統(tǒng),由分布式電源、相關(guān)負(fù)荷、逆變裝置、儲能裝置和保護(hù)、監(jiān)控裝置匯集而成,具有能量管理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、電氣元件保護(hù)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)自我調(diào)節(jié)、控制和管理。微網(wǎng)既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,也可以孤立運(yùn)行。從其內(nèi)部看,微網(wǎng)是一個個小型的電力系統(tǒng)。從外部看,微網(wǎng)是配電網(wǎng)中的一個可控的、易控的“虛擬”電源或負(fù)荷。微網(wǎng)系統(tǒng)如圖3所示。

        2.3 將分布式電源組成不同類型的微網(wǎng)

        目前,比較成熟的分布式發(fā)電技術(shù)主要有風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池和微型燃?xì)廨啓C(jī)等幾種形式。在城鎮(zhèn)配電網(wǎng)中,風(fēng)力發(fā)電、燃料電池、光伏發(fā)電發(fā)電容量遠(yuǎn)小于配網(wǎng)負(fù)荷,對于這些小容量的分布式電源,采用與附近負(fù)荷組成微網(wǎng)的形式并入配網(wǎng)系統(tǒng),通過技術(shù)措施使微網(wǎng)內(nèi)的發(fā)電功率小于其負(fù)荷消耗的功率,使這些“不可見”的分布式電源完全等效為一個負(fù)荷。針對發(fā)電出力達(dá)到最大、負(fù)荷功率最小的工況,根據(jù)發(fā)電出力與負(fù)荷消耗功率的差值及持續(xù)時間計(jì)算出需要存儲的電量,該電量作為儲能裝置容量的一個約束條件,再考慮其他的約束條件,為微網(wǎng)配置容量合理的儲能裝置。當(dāng)出現(xiàn)發(fā)電出力大于負(fù)荷消耗功率時,將這部分電量存到儲能裝置中,在負(fù)荷功率高于發(fā)電出力時,再將這部分電量釋放掉。

        大型的微型燃?xì)廨啓C(jī)多用于需要穩(wěn)定的熱源、冷源的工商企業(yè),以實(shí)現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)供,這些企業(yè)的負(fù)荷穩(wěn)定,易于預(yù)測。微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電功率由用戶對供熱和供冷的要求決定,發(fā)電功率也易于預(yù)測。這樣,以這些微型燃?xì)廨啓C(jī)為分布式電源的微網(wǎng)是可控、易控的。

        將分布式電源納入到微電網(wǎng),并將其分為純負(fù)荷性質(zhì)的微網(wǎng)和發(fā)電、負(fù)荷可控的微網(wǎng)兩種,有效的解決了分布式電源潮流不可控的難題,給配電網(wǎng)的調(diào)度、運(yùn)行帶來的極大的方便。

        2.4 微電網(wǎng)接入系統(tǒng)方案

        純負(fù)荷性質(zhì)的微網(wǎng)在配網(wǎng)中是一個內(nèi)部帶有電源的負(fù)荷,將其接入到配網(wǎng)饋線的中間至末端,可有效地改善配電網(wǎng)電壓分布,降低配電網(wǎng)網(wǎng)損。當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)分布式電源突然故障或者失電時,由配電網(wǎng)對微網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷進(jìn)行供電,此時配電線路潮流增大,微網(wǎng)內(nèi)的電壓會發(fā)生躍變,如電壓幅值變化超過用電設(shè)備允許值,將會對用電設(shè)備造成損壞。針對這種情況,可以利用微網(wǎng)內(nèi)的儲能裝置將存儲的能量進(jìn)行逆變,有效地支撐電壓,避免產(chǎn)生電壓跌落,減少電壓波動,有效的保護(hù)用電設(shè)備。當(dāng)配電網(wǎng)失電時,微網(wǎng)自動脫網(wǎng)孤島運(yùn)行,孤島的運(yùn)行方式由微網(wǎng)內(nèi)部自行控制,對配電網(wǎng)的故障分析、檢修、試驗(yàn)不產(chǎn)生影響。

        對于發(fā)電、負(fù)荷可控的微網(wǎng),尤其是容量較大的,在配電網(wǎng)規(guī)劃及接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,需統(tǒng)一考慮中接入位置對配電網(wǎng)電壓、繼電保護(hù)、安全自動裝置的影響,需要進(jìn)行充分的論證,必要時可采用專線接入系統(tǒng),以確保配電的安全、可靠運(yùn)行,充分發(fā)揮分布式電源的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

        3 結(jié)束語

        文章分析了分布式電源接入配網(wǎng)后對電壓的影響,并根據(jù)分布式電源的不同性質(zhì),利用微電網(wǎng)技術(shù),將分布式電源納入到純負(fù)荷性質(zhì)的微網(wǎng)和發(fā)電、負(fù)荷可控的微網(wǎng),解決了分布式電源潮流不可控的難題,并在配網(wǎng)規(guī)劃中,對這兩類微網(wǎng)接入配網(wǎng)饋線的位置提出建議,達(dá)到了改善配電網(wǎng)電壓分布、降低網(wǎng)損的作用。影響分布式電源接入系統(tǒng)的因素很多,比如短路電流、繼電保護(hù)、安全自動裝置等,需要在今后繼續(xù)研究。另外大容量儲能技術(shù)不成熟是制約分布式電源應(yīng)用的關(guān)鍵因素,待大容量儲能解決后,分布式電源將更加廣泛的應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn)

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        作者簡介:段培明(1980-),男,吉林省吉林市人,工學(xué)碩士,工程師,研究方向:電力系統(tǒng)及其自動化。

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