王亮（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所，四川 成都 610016）

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分布式發(fā)電技術(shù)及其并網(wǎng)后問(wèn)題及解決對(duì)策

王亮（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所，四川 成都 610016）

對(duì)分布式發(fā)電技術(shù)的概念和優(yōu)勢(shì)做了簡(jiǎn)要論述，介紹了其在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。指出其并網(wǎng)后會(huì)存在對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃、電能質(zhì)量和使繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作的問(wèn)題，并指出了特有的孤島效應(yīng)，再對(duì)這些問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決對(duì)策，最后總結(jié)未來(lái)分布式發(fā)電憑由于其環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性會(huì)有巨大的發(fā)展前景。

分布式發(fā)電；并網(wǎng)；問(wèn)題；解決對(duì)策

1　引言

當(dāng)今社會(huì)能源問(wèn)題成為一個(gè)重要的社會(huì)問(wèn)題，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、清潔能源的開(kāi)發(fā)都亟需解決。一個(gè)顯著的特征是人們?nèi)找鎻?qiáng)調(diào)清潔能源的應(yīng)用。而電力作為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力，如何改變電力來(lái)源結(jié)構(gòu)，使得電網(wǎng)采用清潔高效能源已經(jīng)成為電力企業(yè)與相關(guān)研究者的一個(gè)重要課題。分布式發(fā)電以小規(guī)模、分散式的方式布置在用戶(hù)附近，可獨(dú)立為用戶(hù)供應(yīng)電能。分布式發(fā)電以其靈活、高效性受到廣泛關(guān)注，將分布式發(fā)電與大電網(wǎng)相結(jié)合，可以改善能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。然而，大量的分布式電源接入也給電網(wǎng)帶來(lái)了一些新的問(wèn)題有待解決，如含分布式電源的配電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題、繼電保護(hù)問(wèn)題、孤島問(wèn)題等。

2　分布式發(fā)電技術(shù)的概念與優(yōu)勢(shì)

2.1 分布式發(fā)電技術(shù)的概念

分布式發(fā)電（DISTRIBUTED GENERATION，DG）是指功率從幾十kW到幾百kW模塊式的、分布在負(fù)荷附近的清潔環(huán)保發(fā)電設(shè)施，能夠經(jīng)濟(jì)、高效、可靠地發(fā)電。其一次能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉础?/p>

2.2 分布式發(fā)電與傳統(tǒng)集中式的發(fā)電相比的優(yōu)勢(shì)

2.2.1 與用戶(hù)距離貼近

作為一項(xiàng)新型發(fā)電模式，分布式發(fā)電的一個(gè)強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)在于能夠靠近用戶(hù)終端，還可以獨(dú)立、專(zhuān)門(mén)地為居民供電。對(duì)于一些偏遠(yuǎn)地區(qū)以及難以進(jìn)行大規(guī)模電力基礎(chǔ)作業(yè)的地區(qū)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)有效解決供電難題的措施，對(duì)于用電困難的群體來(lái)說(shuō)也是一個(gè)福音。

2.2.2 面向個(gè)人，裝機(jī)容量小

分布式發(fā)電系統(tǒng)一般容量較小，從幾千瓦到幾百上千千瓦，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。

2.2.3 具有突出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

建設(shè)大型發(fā)電廠一般投資巨大，并且建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)。分布式發(fā)電系統(tǒng)一般只需幾個(gè)月時(shí)間，且投資也少很多。另外，由于與用戶(hù)距離近，可以進(jìn)一步的減少網(wǎng)損。

2.2.4 供電可靠性高，電能質(zhì)量好

由于分布式發(fā)電系統(tǒng)既可以并網(wǎng)運(yùn)行，又可以單獨(dú)運(yùn)行，在電網(wǎng)出現(xiàn)停電事故時(shí)，可以及時(shí)將其與電網(wǎng)隔離，以實(shí)現(xiàn)不間斷供電。

2.2.5 污染小，更環(huán)保

分布式發(fā)電所用能源為風(fēng)能、水能、天然氣、沼氣以及太陽(yáng)能等新型清潔能源，因而相對(duì)火力發(fā)電所造成的污染要小很多。

3　分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和目前我國(guó)電網(wǎng)并入的相關(guān)規(guī)定

3.1 分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

目前這種發(fā)電模式發(fā)展較為完善、迅速的國(guó)家以美國(guó)為首。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)看，美國(guó)已建成六千余所分布式電站。美國(guó)分布式發(fā)電發(fā)展迅速的原因一方面由于其天然的能源結(jié)構(gòu)，其中部以煤電為主，西部太平洋沿岸則以水電為主，南部濱海以天然氣發(fā)電為主；另一方面美國(guó)有相關(guān)政策的支持，允許分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行和向電網(wǎng)售電，確立了支持可再生能源項(xiàng)目的方法，一些州還確立了包括補(bǔ)助方案競(jìng)爭(zhēng)性招標(biāo)程序和面向消費(fèi)者的融資方案等可再生能源分布式發(fā)電政策；還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)即美國(guó)的渦輪技術(shù)等分布式電站的核心科技較為發(fā)達(dá)，燃料電池的研究也有長(zhǎng)足進(jìn)展?？萍碱I(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)使得美國(guó)分布式電站的發(fā)展也占據(jù)了先機(jī)。

中國(guó)發(fā)展分布式電站的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)就是中國(guó)有著豐富的風(fēng)能、太陽(yáng)能?！笆濉币?guī)劃綱要就曾明確提出，促進(jìn)分布式能源系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。隨后《分布式發(fā)電管理辦法》的出臺(tái)，就明確指出將通過(guò)資金補(bǔ)貼、多余電網(wǎng)向電網(wǎng)出售、賦予投資方電網(wǎng)設(shè)施產(chǎn)權(quán)等措施大力刺激分布式能源發(fā)展。

在今年提出的“十三五”規(guī)劃綱要中，提出了要推動(dòng)低碳循環(huán)發(fā)展：要推進(jìn)能源革命，加快能源技術(shù)創(chuàng)新，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系；要提高非化石能源比重，推動(dòng)煤炭等化石能源清潔高效利用；強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)儲(chǔ)能和智能電網(wǎng)建設(shè)，發(fā)展分布式能源，推行節(jié)能低碳電力調(diào)度。同時(shí)，“十三五”規(guī)劃綱要還指出：強(qiáng)化電力統(tǒng)一規(guī)劃，通過(guò)構(gòu)建高效能源傳輸平臺(tái)，利用傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的可調(diào)控性、靈活性來(lái)彌補(bǔ)清潔能源的間歇性、波動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)“橫向多能源互補(bǔ)優(yōu)化”，形成多元化、集中式與分布式相協(xié)調(diào)、協(xié)同互動(dòng)的電力能源供應(yīng)體系，克服單一區(qū)域、單一類(lèi)型新能源出力波動(dòng)；合理安排清潔能源發(fā)電與傳統(tǒng)燃煤發(fā)電的組合優(yōu)化，基于最大限度利用清潔能源的基本目標(biāo)來(lái)配備燃煤發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰容量，實(shí)現(xiàn)各能源體之間的相互協(xié)調(diào)配合，促進(jìn)清潔能源電力的高效外送和消納。

3.2 目前我國(guó)電網(wǎng)并入的服務(wù)意見(jiàn)簡(jiǎn)介與分析

（1）主動(dòng)為此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展提供便利，給予分布式發(fā)電系統(tǒng)介入整個(gè)電網(wǎng)的渠道，并且支持其納入電網(wǎng)內(nèi)。

（2）對(duì)于用電者自己所建立的分布式電站，電力產(chǎn)能可以自己分配，可以接入電網(wǎng)、自用或兼有。電力產(chǎn)能不能滿足用戶(hù)需要可以由由國(guó)家電網(wǎng)補(bǔ)充；用戶(hù)多余電力產(chǎn)能傳入國(guó)家電網(wǎng)也有專(zhuān)門(mén)政策補(bǔ)貼。

（3）分布式電源項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)和施工建設(shè)應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定，并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量應(yīng)滿足國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）分布式光伏發(fā)電、風(fēng)電項(xiàng)目不收取系統(tǒng)備用容量費(fèi)，其他分布式電源項(xiàng)目執(zhí)行國(guó)家有關(guān)政策。

（5）電力公司會(huì)為分布式電站提供相關(guān)服務(wù)以保證用戶(hù)利益，所接受的國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)撥款也要及時(shí)到位，補(bǔ)助使用分布式電站的個(gè)體。

4　分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)

分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)會(huì)對(duì)原有配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)潮流產(chǎn)生影響，并使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、控制和繼電保護(hù)更加復(fù)雜。因此上述問(wèn)題是分布式發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展所面臨的主要困難。

4.1 改變電網(wǎng)布局的分析

分布式電站并網(wǎng)后，對(duì)于原先的負(fù)荷增長(zhǎng)模式會(huì)產(chǎn)生一些影響。這種影響會(huì)導(dǎo)致供電企業(yè)對(duì)于轄區(qū)內(nèi)的電網(wǎng)負(fù)荷的判斷產(chǎn)生誤差，進(jìn)而引起問(wèn)題甚至事故。而供電企業(yè)對(duì)于電網(wǎng)的布局、劃分與設(shè)計(jì)是以負(fù)荷預(yù)測(cè)為重要指標(biāo)的，如果對(duì)負(fù)荷增長(zhǎng)的量的估計(jì)不準(zhǔn)確，對(duì)于區(qū)域內(nèi)電路分布與電網(wǎng)規(guī)劃必然產(chǎn)生負(fù)面影響。

4.2 影響繼電保護(hù)形式

以我國(guó)目前的電網(wǎng)狀態(tài)分析，很大一部分電站以限時(shí)速斷為保護(hù)電網(wǎng)安全的方式。而相當(dāng)大比例的電站是單體放射結(jié)構(gòu)，缺乏傳輸方向。雖然這種成熟的保護(hù)方式能促使電網(wǎng)線路正常工作，但是新的發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)整個(gè)電網(wǎng)后，新的功率值會(huì)改變繼電保護(hù)的反映數(shù)值，一個(gè)誤讀就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行事故的發(fā)生，更不用說(shuō)并入主電路后分線路一旦出現(xiàn)故障，對(duì)于分布式電站系統(tǒng)的正常運(yùn)行也產(chǎn)生不良反應(yīng)。

4.3 對(duì)電能質(zhì)量的影響

隨著近些年來(lái)電力電子器件的快速發(fā)展，采用逆變器接入電網(wǎng)成為分布式電源接入電網(wǎng)的主要手段，相比傳統(tǒng)的通過(guò)同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，采用逆變器入網(wǎng)方式的電力系統(tǒng)受浪涌傳播影響要大的多。

分布式電源接入電網(wǎng)后，有可能改變?cè)认到y(tǒng)潮流方向，使某些用戶(hù)電壓升高，也有可能影響電壓降落補(bǔ)償裝置的測(cè)量，使補(bǔ)償裝置補(bǔ)償電壓未達(dá)到目標(biāo)電壓要求，從而使電壓更低。

那些由電力電子裝置接入電網(wǎng)分布式發(fā)電系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量，因此在安裝分布式電源裝置之前需要估算其產(chǎn)生的諧波多少，以安裝相應(yīng)的諧波過(guò)濾裝置，保證電能質(zhì)量。

4.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響

作為一個(gè)系統(tǒng)，局部改變必然導(dǎo)致整體變化，分布式發(fā)電系統(tǒng)接入整個(gè)電網(wǎng)后也會(huì)影響繼電保護(hù)，但整體影響不大。美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室曾做過(guò)關(guān)于分布式發(fā)電與配電網(wǎng)絡(luò)之間的交互影響的研究表明：結(jié)果表明當(dāng)發(fā)生單相和三相故障時(shí)，以逆變器方式接入的分布式電源對(duì)短路電流的貢獻(xiàn)很小，一般短路是發(fā)生在主網(wǎng)的，分布式電站的短路影響比較小。

4.5 孤島效應(yīng)

孤島效應(yīng)在這里指分布式發(fā)電由于缺乏合理調(diào)配可能出現(xiàn)供需不平衡現(xiàn)象，且孤島電網(wǎng)沒(méi)有電壓頻率控制，其特性是不可預(yù)知的。但近幾年的研究表明，當(dāng)大量分布式電源接入電網(wǎng)后，只要采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，發(fā)生孤島的概率是很低的，因此孤島問(wèn)題不會(huì)成為分布式電源接入電網(wǎng)的一個(gè)技術(shù)障礙。就目前技術(shù)來(lái)看，成熟應(yīng)用的路上還有很多問(wèn)題亟需解決。

5　提升分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效果的應(yīng)對(duì)措施

5.1 健全新技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

一個(gè)符合實(shí)際情況的標(biāo)準(zhǔn)建立健全，是需要長(zhǎng)期研究與實(shí)踐后，通過(guò)有效的參數(shù)與反應(yīng)出的控制特性，以及其他各類(lèi)實(shí)踐體現(xiàn)的物理實(shí)際情況作為支撐的。一個(gè)新技術(shù)的有效應(yīng)用必然要以一個(gè)溫和地符合現(xiàn)有具體實(shí)際的情況下逐步采用。所以，對(duì)于新技術(shù)的電壓穩(wěn)定性、電力質(zhì)量等一系列指標(biāo)，都需要檢驗(yàn)后才能接入電網(wǎng)使用，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定。

5.2 對(duì)電壓波動(dòng)作有效分析計(jì)算

一般情況是，并入的電網(wǎng)功率較小時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)的選擇就要慎重，電壓也要控制。電網(wǎng)電壓的波動(dòng)情況，一般是電站功率的波動(dòng)引起的。然而這類(lèi)波動(dòng)對(duì)于并網(wǎng)有著重大影響，所以要有一個(gè)科學(xué)的計(jì)算方法，這就需要區(qū)分電壓波動(dòng)來(lái)源于電網(wǎng)的哪一部分等情況，并采用全網(wǎng)頻域分析法，通過(guò)各類(lèi)收集的實(shí)時(shí)可用數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算并得出結(jié)論。

5.3 重視監(jiān)控并升級(jí)軟件

新技術(shù)的使用由于其并網(wǎng)的負(fù)面影響需要有效控制，所以有效的監(jiān)控環(huán)境是必不可少的。所接入的電網(wǎng)由于單體結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，電網(wǎng)信息的收集也十分容易。但是分布式電站的接入使得電網(wǎng)變得復(fù)雜，問(wèn)題出現(xiàn)的可能性增加。相應(yīng)地需要監(jiān)控的內(nèi)容也增加了不少，需要協(xié)調(diào)的情況也會(huì)變多。不僅是電網(wǎng)反映的信息復(fù)雜多變，而且由于電網(wǎng)的電流流向可能因?yàn)椴煌植际诫娬镜慕尤胍约捌潆娔艿牧飨蛴羞M(jìn)有出，變?yōu)榱穗p向電流。這就使得電能的計(jì)量變得更加復(fù)雜，整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)都需要改進(jìn)。

5.4 更新計(jì)量方式，保證雙向電流流量的準(zhǔn)確計(jì)量

分布式電站的接入使得電網(wǎng)從單向的輸送變?yōu)橛休斔陀薪邮埽娋W(wǎng)的功率、電流流量都會(huì)變?yōu)殡p向性。一般體現(xiàn)在，當(dāng)用戶(hù)采用的分布式電站電能產(chǎn)量不足以滿足使用實(shí)際時(shí)，就需要電網(wǎng)供給補(bǔ)缺；而電能充裕時(shí)則可能會(huì)將多余電能輸送給電網(wǎng)，以避免浪費(fèi)。這種實(shí)際就使得電網(wǎng)與分布式電站的電能產(chǎn)生了雙向流動(dòng)。但是如今我國(guó)的電力統(tǒng)計(jì)與計(jì)費(fèi)，仍然是單向計(jì)量，對(duì)于雙向電能的測(cè)算與計(jì)量根本沒(méi)有辦法滿足。新型電力模式想要普及就必然要解決這一問(wèn)題?，F(xiàn)在已有雙向的計(jì)量裝置，對(duì)于流入流出的電量都有分別的統(tǒng)計(jì)。一旦大規(guī)模應(yīng)用有利于新供電模式的普及。

6　結(jié)束語(yǔ)

總而言之，分布式發(fā)電技術(shù)并網(wǎng)作為新一代發(fā)電技術(shù)，具有巨大的發(fā)展空間，為此完善配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)，做出合理的規(guī)劃營(yíng)運(yùn)和控制措施適應(yīng)分布式發(fā)電的發(fā)展是主要任務(wù)。雖然目前分布式發(fā)電并網(wǎng)還存在一定的問(wèn)題，但由于分布式電源所具有的節(jié)能、環(huán)保、投資少、占地小的特點(diǎn)使其與傳統(tǒng)集中式發(fā)電系統(tǒng)的比較中占據(jù)巨大優(yōu)勢(shì)，雖然目前我國(guó)主要還以集中式供電為主，但隨著能源的短缺和環(huán)境壓力的增加，分布式發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的采用一定越來(lái)越普遍，甚至有可能成為主流的發(fā)電并網(wǎng)模式。

［1］曾 琦，李興源，王 建.分布式電源接入電力系統(tǒng)的問(wèn)題研究［A］. 2014中國(guó)電力系統(tǒng)保護(hù)與控制學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集［C］.2014：568～571.

［2］魏曉霞，劉士瑋.國(guó)外分布式發(fā)電發(fā)展情況分析及啟示［J］.能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2014，9（22）：58～65.

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王 亮（1975-），男，漢族，工程師，本科，主要從事電站調(diào)試及性能試驗(yàn)相關(guān)技術(shù)及管理工作。

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2095-2066（2016）07-0034-02

2016-2-16