分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述

【摘 要】随着风电技术的不断进步，高风速规模化风资源地区的减少，对于那些不适合规模化开发，但资源条件又比较好的局部地区，分布式风力发电提供了电力开发的一种新思路。本文分析了风力分布式发电的概念、发电方式与优点，并就风力分布式发电的接入、运行、故障维护等应用进行综述。

【关键词】分布式发电；风力发电；电力系统

一、分布式发电

分布式发电（Distributed Generation，简称DG），通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦（也有的建议限制在30～50兆瓦以下）的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。分布式电源通常接入中压或低压配电系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响。主要包括：以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电（光伏电池、光热发电）、风力发电、生物质能发电等。其中户用风力发电是一种很好的分布式电源，特别是在风力资源丰富地区的城市周边，用户用电量较大，应该充分开发利用。

风力发电的利用方式主要有两类：一类是独立运行供电系统，利用小型风力发电机为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终端用户供电；比如常见的城市照明系统。另一类是作为常规电源并网运行， 风电集中规模化开发，建设大规模风电场，集中送出。

对比传统能源，新能源存在能量密度低、供能过程具有随机性和间歇性、不能大规模储存等特点。风电集中规模化开发给电网统一调度和安全运行带来了一些技术难题，根据国外风电建设经验，基本采取的都是分散式开发模式，很好的发挥了风电自身的互补性和调节能力，有效地降低了电网安全运行的风险。全国首个分布式风电场华能定边狼尔沟分布式示范风电场的成功投产运营，验证了分散式风电场的在风电开发领域的技术优势。

二、分布式风力发电的优点

分布式风力发电的优点主要有以下几个方面：

（1）分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高；

（2）优化能量利用效率，改善电能质量，分布式风电采用T接，可就近接入当地配电线路，实现直供电方式，有效降低远距离送电造成的能量损耗，同时风电场并网点一般处于电网末端，有效改善配电网电能质量。

（3）分布式发电的输配电成本较低，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，提高输电线路利用率。

（4）调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。

（5）采取风电分布式接入模式可有效解决大规模集中式的风电场开发所带来的接入难、送出难、消纳难、对电网安全影响等问题。

（6）相对于集中式风电，降低电网调峰难度，避免“弃风”造成的电量损失，确保项目经营期内的盈利能力。

三、风力分布式发电的现状与发展必要性

所谓分散式接入风电项目是指位于用电负荷中心附近，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力就近接入电网，并在当地消纳的风电项目。近年来，我国风电集中式规模化发展渐趋饱和，同时并网难问题一直悬而未决，脱网事故频发，不利于产业发展。为了解决这些问题，2011年，国家能源局相继出台《风电开发建设管理暂行办法》、《关于加强风电场并网运行管理的通知》等10多项规范性文件和行业标准。与此同时，作为基地化建设风电项目的有益补充，国家能源局相关负责人在多个场合呼吁发展分散式风电接入项目。国家能源局新能源与可再生能源司副司长史立山多次表示，在风电发展方向上，应从集中规模化开发向集中规模化与分散式开发“两条腿走路”转向。相比大基地大风电，分散式接入风电项目具有诸多优越性。中投顾问高级研究员李胜茂认为，发展分散式风电项目的优势在于最大限度地利用了风力资源。在发电环节，分散式发电方式对风速、占地面积等要求较低；在输电环节，分散式发电方式的输电距离通常较短等特点。此前，有数据显示，到2015年，并网风电装机容量达1亿千瓦，同时分布式风电装机规模达2500万千瓦。

四、分布式风力发电在电力系统中的应用

（一）分布式风力发电接入

1、风能资源分析

应通过气象数据、卫星数据模拟，以及现场测风等方式进行风能资源分析，提出风电项目主要的风能资源评估成果，以及场址对风电机组安全等级的要求。

2、机型选择及发电量估算

（1）根据风能资源评价结论、风电机组预选机位的建设条件提出备选风电机组类型，通过综合技术经济比较提出推荐机型。

（2）结合场址区风况特征和风电机组功率曲线，在计算理论发电量的基础上考虑各种损耗、折减提出风电项目年上网电量与等效满负荷小时数。

3、工程地质

（1）收集场址区地质资料，了解规划场址区各岩土层的工程地质特性，了解拟建工程区场地稳定性和工程建设的可能性与适宜性。根据需要进行地质详细勘察。

（2）确定场址地震动参数，评价工程场地的区域构造稳定性；初步查明风电机组地基岩土体的成因类型、物质组成、工程性状。初步提出各岩土层的物理力学性质参数建议值和地基承载力建议值、风电机组基础型式及持力层的选择建议；收集环境水及环境土体相关资料，初步评价环境水及土体的腐蚀性。

4、电气

（1）风电机组所发电能通过一级升压方式升压，不建风电汇集升压站。风电机组出口电压经预装式箱式变电站升压至35kV或10kV后接入附近电网现有变电站或线路。

（2）风电预装式箱式变电站宜选用性能可靠、保护完备的箱式变压器，风电机组与箱式变之间宜采用一机一变的单元接线方式。

（3）同一地点相邻的多台风电机组应通过组串方式接入系统并网点。

（4）风电机组数量较多时，建设单位可在项目所在县（市）设立1个运行集控中心，统一负责整个县（市）的分散接入风电机组监控管理、运行维护等工作。

5、土建

（1）风电机组基础设计安全标准应参照FD02-2007《风电场工程等级划分与设计安全标准》确定。

（2）风电机组基础设计应根据工程地质岩土体物理力学参数、风电机组厂家提供的上部结构荷载等资料，按照FD03-2007《风电机组地基基础设计规定》的要求，通过初步计算确定风电机组基础型式、体型尺寸和工程量。

（3）应根据地质条件情况进行风电机组基础的地基处理、防腐设计、监测设计等设计，并提出箱式变电站基础和集电线路土建初步的设计方案。

（二）风电机组的试运行

1、试运行测试

制造商的说明中需要包含风电机组安装后的测试检查，确保所有设备、控制系统和仪表功能正常。包括但不限于下列内容：启动；停机；正常及蓄电池顺桨测试、叶片零度及桨叶编码器修正；模拟由于过速或其它典型故障的紧急停机；安全系统的功能测试。

2、记录

安装完成后，制造商的说明书需包含测试、试运行、控制参数和保护定值等，并作为机组档案保存。

3、试运行后的操作

安装完成后，进入试运行阶段，具体需要的操作将由制造商完成。这些不仅仅包含紧固部件紧固，更换润滑油，检查零件的运转，适当调整控制参数。风场现场要进行危险品的清理和做防腐处理。

（三）异常运行和事故处理

对于标志机组有异常情况的报警信号，运行人员要根据报警信号所提供的部位进行现场检查和处理。

1、风电机组在运行中发生设备和部件超过运行温度而自动停机的处理：

风电机组在运行中发电机温度、可控硅温度、控制箱温度、齿轮箱油温、机械制动刹车片温度超定值均会造成自动停机。待故障排除后 ， 才能再启动风电机组。

2、风电机组液压控制系统油压过低而自动停机的处理：

运行人员应检查油泵工作是否正常。如油压不正常，应检查油泵、油压缸及有关阀门 ，待故障排除后再恢复机组自启动。

3、风电机组偏航故障而造成自动停机的处理：

运行人员应检查偏航机构电气回路、偏航电动机与缠绕传感器工作是否正常，电动机损坏应予更换，对于因缠绕传感器故障致使电缆不能松线的应予处理。待故障排除后再恢复自启动。

4、风电机组转速超过极限或振动超过允许振幅而自动停机的处理：

风电机组运行中，由于叶尖制动系统或变桨系统失灵会造成风电机组超速；机械不平衡，则造成风电机组振动超过极限值。以上情况发生均使风电机组安全停机。运行人员应检查超速、振动的原因，经处理后，才允许重新启动。

5、风电机组运行中发生系统断电或线路开关跳闸的处理：

当电网发生系统故障造成断电或线路故障导致线路开关跳闸时，运行人员应检查线路断电或跳闸原因，待系统恢复正常，向调度申请同意后重新启动机组并网。

五、结束语

总的来说，如果把传统的集中式风电开发比作在“主动脉系统”里随机地供应间歇性“血流”，那分散式风电场就像在“毛细血管”进行小范围的补充。比较来看，分散式风电对电网运行的影响相对效小，这种“分散资源、分散利用”的方式将为风电开发建设模式提供新的思路。

分布式发电是电力行业的重大技术改革，随着电力体制改革的发展，分布式发电也可为一些用户提供一种“自立”的选择，使其更能适应易变的电力市场。此外，由于分布式发电设施的安装周期短，不需要现存的基础设施，而且与大型的中央电站及发电设施相比总投资较少，因此在电力竞争性市场建立后分布式发电的作用将会日益明显和重要，从而可与现有电力系统结合形成一个高效、灵活的电力系统，提高整个社会的能源利用率，提高整个供电系统的稳定性、可靠性和电力质量。

参考文献：

[1]邬振武，李永光，吕欣欣.户用风力发电与电网联合供电模式浅析[J].上海电力学院学报，2003，（2）.

[2]宫靖远.风电厂工程技术手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]顾超.风光互补电站计算机仿真优化设计的研究[D].上海：上海交通大学，2004.

作者简介：

徐峰，男（1983年-）工程师，华能定边新能源发电有限公司。