李傳財(cái)

國(guó)電電力發(fā)展股份有限公司

一、新能源發(fā)電概述及分布式發(fā)電概述與類(lèi)型

（一）新能源發(fā)電概述

新能源發(fā)電指的是采用先進(jìn)技術(shù)和能源進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。目前我國(guó)比較常見(jiàn)的新能源發(fā)電技術(shù)有風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)等等。工業(yè)革命促使生產(chǎn)力不斷提高，但伴隨著工業(yè)革命的來(lái)臨，能源問(wèn)題也日益凸顯。新能源發(fā)電技術(shù)所采用的能源都是可再生的能源，因此在當(dāng)前的能源問(wèn)題上，如何促進(jìn)可再生能源開(kāi)發(fā)與利用非常重要。通過(guò)國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家與學(xué)者對(duì)各種相關(guān)理論的研究，新能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，可以利用相關(guān)能源進(jìn)行一定程度的穩(wěn)定發(fā)電，但相關(guān)的研究仍在繼續(xù)，并朝著更加穩(wěn)定、能源利用率更高、功率更大的方向發(fā)展。新能源發(fā)電具有可持續(xù)、可再生、環(huán)保等特性。盡管目前地球上有大量的石油和天然氣等燃料能源可以滿(mǎn)足人類(lèi)的需要，但是隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求和開(kāi)采量的不斷增加，全球石油和天然氣的儲(chǔ)量將會(huì)逐漸減少。新能源就不一樣了，風(fēng)力發(fā)電是通過(guò)大氣循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，光伏發(fā)電的主要能源來(lái)自太陽(yáng)輻射，所以人們對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和利用并不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成太大的影響。尤其是太陽(yáng)能，每天都會(huì)隨著陽(yáng)光源源不斷地輸送到地球上，可以滿(mǎn)足人類(lèi)的需要。除此之外，新能源具有清潔性，利用新能源進(jìn)行發(fā)電能夠極大地減少各種大氣污染問(wèn)題，從而降低對(duì)環(huán)境的污染。

（二）分布式發(fā)電概述與類(lèi)型

相比之下，分布式發(fā)電與集中式發(fā)電不同，發(fā)電設(shè)施并不集中于發(fā)電站內(nèi)部，而是根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際用電的情況對(duì)相關(guān)設(shè)施進(jìn)行合理的配置。在居民生活區(qū)域內(nèi)安裝分布式發(fā)電電源，既可以全面滿(mǎn)足居民用電需求，又可以有效補(bǔ)充集中式發(fā)電網(wǎng)絡(luò)存在的疏漏。同時(shí)，因?yàn)榉植际桨l(fā)電是迎合用戶(hù)實(shí)際用電需求而衍生的發(fā)電設(shè)計(jì)，可以有效地改善傳統(tǒng)集中式發(fā)電形式不靈活的缺點(diǎn)，從而有效地提高了供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)電效率以及供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。但是，因?yàn)榉植际桨l(fā)電的發(fā)電容量比較小，所以分布式發(fā)電更適合于對(duì)集中式發(fā)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)充，以及對(duì)少數(shù)用電用戶(hù)和區(qū)域供電[1]。以當(dāng)前我國(guó)分布式發(fā)電的運(yùn)行模式來(lái)看，其主要有孤網(wǎng)和并網(wǎng)兩種形式。我國(guó)分布式發(fā)電技術(shù)主要包括如下兩種形式：第一，光伏發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電技術(shù)就是根據(jù)相應(yīng)的半導(dǎo)體材料，成功地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電形式。因?yàn)楣夥l(fā)電技術(shù)不需要使用任何燃料，所以可以有效緩解環(huán)境污染，而且光伏發(fā)電技術(shù)易于操作，維護(hù)工作也比較簡(jiǎn)單、便捷，對(duì)地理環(huán)境的要求也不高，所以在國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)都可以推廣使用。另外，光伏電池可以將白天收集的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電力供夜間使用，因此也提高了用電效率。然而，光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中也有一個(gè)缺點(diǎn)，就是對(duì)日照強(qiáng)度要求比較高。第二，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)就是把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電技術(shù)，這種技術(shù)既不需要耗費(fèi)大量的資源，又不需要太大的投資。但是風(fēng)力發(fā)電的缺點(diǎn)是它的建設(shè)取決于風(fēng)資源的分布情況。

二、分布式新能源發(fā)電技術(shù)分析

（一）光伏發(fā)電

在光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用中，太陽(yáng)能光伏陣列是由多個(gè)太陽(yáng)能光伏電池串并聯(lián)構(gòu)成的，布置施工十分重要。在光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，最初所使用的光伏電池原材料是硅，以硅作為襯底，不僅成本非常高，而且損耗也比較大。因此，在對(duì)光伏電池進(jìn)行改進(jìn)后，目前常用的光伏電池內(nèi)部由薄膜電池和晶體硅組成，這不僅能夠減少材料損耗，而且能夠提高光伏轉(zhuǎn)換效率。最大功率點(diǎn)裝置可以有效地提高太陽(yáng)能資源的利用效率，使得光伏陣列在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中始終保持最大功率輸出。儲(chǔ)能裝置的主要功能是對(duì)電能加以控制，比如在太陽(yáng)能資源充足的時(shí)候，可以通過(guò)儲(chǔ)能裝置將電網(wǎng)中多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)，而在太陽(yáng)能資源比較匱乏的時(shí)候可以通過(guò)逆變器再將儲(chǔ)存的電能釋放出去，以此來(lái)保證發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。逆變器能夠把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，然后經(jīng)過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的交流電壓和頻率，供人們?cè)谌粘Ｉ钪惺褂谩?/p>

（二）風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為優(yōu)質(zhì)的發(fā)電方式，能夠有效改善傳統(tǒng)電力行業(yè)對(duì)石油、煤炭等能源的依賴(lài)，從而實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)能源多元化發(fā)展，對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，這對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與時(shí)代發(fā)展都有一定的積極作用。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)指的是將風(fēng)能通過(guò)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，主要以風(fēng)輪為媒介，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與控制系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的。當(dāng)風(fēng)能進(jìn)入測(cè)風(fēng)系統(tǒng)后作為其輸入信號(hào)，通過(guò)風(fēng)力控制器輸出槳距角信號(hào)，合理調(diào)整機(jī)械轉(zhuǎn)矩與輸出功率，將機(jī)械功率傳輸至發(fā)電機(jī)中，將電能傳輸至供電系統(tǒng)，完成整個(gè)發(fā)電過(guò)程。與傳統(tǒng)能源相比，風(fēng)力發(fā)電具有比較高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，作為一種重要可再生清潔能源，風(fēng)力能源的性?xún)r(jià)比較高，并且在運(yùn)行過(guò)程中安全性與可靠性強(qiáng)、裝機(jī)規(guī)模十分靈活、建設(shè)周期非常短以及后期維護(hù)非常方便。同時(shí)風(fēng)力發(fā)電還擁有多種形式，具有廣闊的應(yīng)用前景。

三、分布式新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

（一）光伏發(fā)電

光伏發(fā)電技術(shù)主要是依賴(lài)于光伏傳感器等組件，通過(guò)太陽(yáng)能與電能的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)，再將電能接入到配電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)的發(fā)電。光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由光伏電池板、逆變器、輸變電等重要設(shè)備組成。在光伏發(fā)電過(guò)程中，利用光伏電池板將光能轉(zhuǎn)換為電能，再通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電進(jìn)行輸出，從而適應(yīng)配電網(wǎng)。光伏發(fā)電站可以通過(guò)分布式的方式構(gòu)建，通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)適應(yīng)現(xiàn)有的配電網(wǎng)供電要求，可以直接為用戶(hù)提供電能，也可以進(jìn)行電能的存儲(chǔ)。光伏發(fā)電可以被劃分為兩種方式：一種是集中式發(fā)電，另一種是分布式發(fā)電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)建模過(guò)程中，集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)建模研究的重點(diǎn)在于大規(guī)模光伏并網(wǎng)帶來(lái)的一系列穩(wěn)定分析、電力系統(tǒng)規(guī)劃等方面問(wèn)題的有效解決。分布式發(fā)電建模研究的重點(diǎn)是配電網(wǎng)或微電網(wǎng)中光伏發(fā)電并網(wǎng)所帶來(lái)的電能質(zhì)量等問(wèn)題的解決。從模型的角度來(lái)看，光伏發(fā)電建設(shè)模型可以劃分為兩大類(lèi)：一是機(jī)理建模方式。以光伏發(fā)電系統(tǒng)組成的元件為基礎(chǔ)，對(duì)其所反映的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行分析，從而構(gòu)建出元件數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用物理學(xué)定律來(lái)構(gòu)建光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體數(shù)學(xué)模型，比如小信號(hào)模型、等值電路模型、狀態(tài)空間平均模型、詳細(xì)時(shí)域仿真模型等。二是混合建模方式。以元件內(nèi)在機(jī)理建模為基礎(chǔ)，對(duì)一些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)元件，比如逆變器的外特性進(jìn)行建模，也就是保持建模對(duì)象的外特性不變，同時(shí)還可以對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，并對(duì)其外部整體特性進(jìn)行重點(diǎn)考量，比如開(kāi)關(guān)函數(shù)模型、受控源模型、等效二端口模型等。

（二）風(fēng)力發(fā)電

從資源儲(chǔ)備方面來(lái)講，風(fēng)力資源的儲(chǔ)備相對(duì)較高，是水資源儲(chǔ)備的十倍之多。風(fēng)力發(fā)電主要指的是將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)風(fēng)力的機(jī)械力，借助發(fā)電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生電能。對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行分析，首先要考量風(fēng)機(jī)類(lèi)型。按照裝機(jī)容量來(lái)劃分，主要有小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)和特大型機(jī)。一般情況下，風(fēng)機(jī)的容量越大，那么槳葉的長(zhǎng)度就越大。按照發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速指標(biāo)來(lái)劃分，可以將其細(xì)化為定速機(jī)、變速機(jī)。其次是對(duì)相關(guān)設(shè)備的構(gòu)成及作用進(jìn)行分析。風(fēng)力發(fā)電所用的發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪、機(jī)艙和基礎(chǔ)等構(gòu)成。運(yùn)轉(zhuǎn)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由葉片、螺距變化系統(tǒng)等構(gòu)成。葉片的外形直接影響風(fēng)能的吸收情況。在風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)機(jī)風(fēng)速如果大于切出風(fēng)速，可利用葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)制動(dòng)。當(dāng)葉片運(yùn)行出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，要及時(shí)處理覆蓋冰及腐蝕等問(wèn)題，保證葉片得到有效的保護(hù)和防護(hù)。再次是風(fēng)機(jī)控制技術(shù)的研究。風(fēng)力發(fā)電所用的并網(wǎng)發(fā)電機(jī)有雙饋機(jī)、雙速異步機(jī)、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)等類(lèi)型，采用模糊控制技術(shù)可有效地調(diào)整速度和功率。運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以很好地控制葉片槳距，也可以很好地預(yù)測(cè)風(fēng)輪氣動(dòng)特性，具有良好的運(yùn)用效果。在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行中，要吸收無(wú)功，為風(fēng)電場(chǎng)配置SVG（靜止無(wú)功發(fā)生器）或者其他無(wú)功補(bǔ)償裝置，用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞浇档陀捎谳斔凸β室鸬南到y(tǒng)振蕩，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，從而保證運(yùn)行效益。

四、分布式新能源發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

（一）分布式新能源發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)電壓的影響

在分布式新能源發(fā)電模式中，電源主要是接入配電網(wǎng)，而在其接入后，配電系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)也會(huì)由之前的放射狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，相應(yīng)的潮流大小與方向也會(huì)隨之變化，進(jìn)而也會(huì)促使配電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓發(fā)生變化，最終結(jié)果是之前的調(diào)壓方案不能滿(mǎn)足分布式電源接入后的配電網(wǎng)電壓需求。這時(shí)，為了避免給用戶(hù)端帶來(lái)影響，必須重新評(píng)估分布式電源接入對(duì)電力系統(tǒng)電壓的影響。對(duì)這種影響進(jìn)行量化分析的一大主要手段就是潮流計(jì)算，可是常規(guī)的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法，并未將分布式發(fā)電產(chǎn)生的影響納入其中，因而參考價(jià)值并不高。在此背景下，針對(duì)一些比較典型的分布式電源建模，如異步發(fā)電機(jī)、無(wú)磁調(diào)節(jié)能力的同步電機(jī)、燃料電池等，建立了一種具備靈敏度補(bǔ)償?shù)呐潆娋W(wǎng)潮流計(jì)算新方法，可以很好地應(yīng)用于多源配電系統(tǒng)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，分布式發(fā)電的接入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)饋線(xiàn)上的電壓分布產(chǎn)生直接影響，具體的影響程度與所接入電源的接入位置、容量大小有直接聯(lián)系。

（二）分布式新能源發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)電能的影響

由于分布式發(fā)電中轉(zhuǎn)化器的數(shù)量明顯增多，對(duì)電能傳輸質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響，從而導(dǎo)致電能傳輸質(zhì)量明顯下降。由于分布式發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)電壓也會(huì)有一定的影響，因此在使用一些功率較大的電源時(shí)，電力系統(tǒng)的電能傳輸質(zhì)量與使用質(zhì)量也會(huì)大大降低。然而，在供電系統(tǒng)整體用電負(fù)荷較大的時(shí)候，分布式發(fā)電則可以很好地降低配電網(wǎng)的負(fù)荷，并有效地預(yù)防了電力系統(tǒng)中故障的發(fā)生，從而促使用電效率的明顯提高。

（三）分布式新能源發(fā)電對(duì)繼電保護(hù)的影響

大部分的配電系統(tǒng)都是呈輻射形的，之所以采用輻射形的結(jié)構(gòu)，一方面是因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單，另一方面也是因?yàn)檫^(guò)電保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。在分布式電源接入之后，原本的放射狀配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)槿档谋椴茧娫春陀脩?hù)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，潮流也不再像以往單向的從變電站母線(xiàn)流向各負(fù)荷，進(jìn)而也對(duì)系統(tǒng)的繼電保護(hù)造成較大影響。一是分布式電源在正常工作狀態(tài)下，也有可能引起繼電保護(hù)的失效，這也是分布式電源發(fā)生故障后，通過(guò)饋線(xiàn)繼電器的電流降低而引起的。二是分布式電源并網(wǎng)后，有可能引起繼電保護(hù)的誤操作，導(dǎo)致相鄰饋線(xiàn)出現(xiàn)故障，也有可能引起饋線(xiàn)跳閘[2]。

（四）分布式新能源發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)損耗問(wèn)題的影響

在電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)的損耗問(wèn)題主要受潮流因素的影響，當(dāng)分布式電源進(jìn)入配電網(wǎng)絡(luò)必然會(huì)引起電網(wǎng)負(fù)荷的變化。配電網(wǎng)接入前為單向潮流，接入后為雙向潮流。目前階段，我們發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)的損耗會(huì)隨著分布式電源的接入而降低，在電網(wǎng)中引入同步發(fā)電機(jī)后，電網(wǎng)中存在著有功和無(wú)功同步輸入的情況，可以有效地降低系統(tǒng)損耗，并在一定程度上對(duì)配電網(wǎng)電壓起到支撐作用[3]。

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，分布式發(fā)電和新能源發(fā)電是電力產(chǎn)業(yè)中兩種重要的發(fā)電形式，它們都有自己的優(yōu)勢(shì)和不足。對(duì)分布式發(fā)電來(lái)說(shuō)，因?yàn)槊總€(gè)電廠(chǎng)都是獨(dú)立的，所以分布式發(fā)電具有更高的安全性與可靠度，而且對(duì)自然環(huán)境的依賴(lài)性也更低，因靠近用電現(xiàn)場(chǎng)而造成的電力損耗也比較少。然而，采用分布式發(fā)電的方式也會(huì)因?yàn)榘l(fā)電單元分散，給管理工作帶來(lái)很大的困難。分布式能源具有經(jīng)濟(jì)、可靠和環(huán)境友好的特點(diǎn)，盡管其接入后很可能會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)一定的沖擊，但是隨著科技的進(jìn)步，我們認(rèn)為在不久的將來(lái)它會(huì)得到更多的使用，也會(huì)取得更好的綜合效益。