分布式能源发展及其并网研究

袁文伟

摘 要：随着我国经济的持续发展，能源消费总量的不断增加，分布式能源的潜在价值逐渐显现。文章简单介绍了分布式能源的系统概念及其优缺点，综述分布式能源的发展及应用情况现状，深入分析分布式能源在现阶段发展过程中遇到的问题，特别是并网运行的影响并提出相应的解决思路。

关键词：分布式能源；发电方式；并网；配网

中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）03-0170-03

1 分布式能源系统

集中式与分布式有机结合是21世纪能源工业重要发展方向，新的能源系统将可能影响到人类的生活方式和社会发展的进程。相对于传统的集中式供电方式，分布式能源系统是一种建立在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。

1.1 发电方式

分布式发电系统自身的特点决定了它不是采用煤作为一次能源，而是大量采用环境友善的可再生能源。可以说，分布式发电技术是与新能源技术密切相关的。目前，比较常见的发电方式有以下几种。

1.1.1 微型燃气轮机发电

微型燃气轮机主要组成部分包括微型燃气轮机、发电机和数字电力控制器等，以天然气、甲烷、汽油、柴油等为燃料，具有高可靠、寿命长、噪声低、重量轻、体积小、污染低、油耗低等一系列优点，是目前应用较为广泛的一种分布式能源方式。

1.1.2 风能发电

风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，是一种清洁能源。它的输出功率由风能决定。风力发电是目前新能源开发技术中最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方式。

1.1.3 太阳能光伏发电

太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转化为电能。在使用时将光伏电池封装成组件，然后根据需要将组件串并联组成方阵。

1.2 优 点

分布式能源系统的最主要优点是用在冷热电联产中。但是热，尤其是冷，不像电能那样可以较长距离有效地输送。因为大电厂设址有其自身的要求，一般来说，附近难以有足够大量合适的冷、热能用户，无法进行有效的联产。

分布式能源系统却正好相反，按需就近设置，可以尽可能与用户配合好，也没有远距离输送冷、热能的问题，大电网的输电损失问题也不存在了。所以，虽然分布式能源系统纯动力装置本身效率低、价钱贵，但可以充分发挥其联产的优点，保证使用单位的各种二次能源能够充分利用。

1.3 缺 点

在使用中，对于分布式的控制系统也出现了很多不足，尤其是在供电性能上只能单点供应，同时输出的功率也较小，比起以往单机功率在百万千瓦的电源在效能少就略显劣势。因此大机组单位功率的售价相比小机组要低得多，相差近几倍。大机组集中在一起，有专门高级技工运行维护，安全性、工作寿命都应该更有保证。所以，要对纯发电成本和单位初投资作比较，分布式能源系统的经费投入要大大高于现在的大电力系统。

2 发展现状

我国分布式能源发展在国家政策的扶植之下，快速实现了发展，尤其是在风电、光伏、天然气发电领域，但是2012年以来，在我国经济增速下降，欧美“双反”以及经济危机的冲击之下，可再生能源行业发展从快速增长期进入稳健增长阶段，市场的增速将从前几年的30%以上的增长速度下降至10%左右的增速，同时在产能过剩阴影之下的风电、光伏行业，相关组件的市场价格将会保持在相对低的位置，这对于分布式能源发展来说是一个挑战，也是一个重要的机遇。

国家发改委在《关于发展天然气分布式能源的指导意见》指出，“十二五”期间，我国将建设1 000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到5 000 万kW，初步实现分布式能源装备产业化。以城市、工业园区等能源消费中心为重点，大力推进分布式能源技术应用，尽快提高分布式供能比重。

截止至2014年10月，广东省东莞市的分布式电源以太阳能光伏发电为主，机组容量38 027.56 kW。发电量基本上在用户侧被消化掉，相当于并网不上网的运行模式。东莞市太阳能光伏发电业主项目具体情况见表1。

3 并网问题

一般而言，分布式电源是直接接入配电系统（380 V或10 kV配电系统）并网运行或采取独立运行的方式。分布式发电的接入对配电网的供电经济性和节点电压、潮流、短路电流、网络供电可靠性等都会带来影响，由此也对规划设计提出了新要求。

3.1 对配电网规划的影响

对于以往所使用的配电规划方案主要是对于线路负荷的预测，在根据传统方式得到的预测结果后，根据时间的用电网络方案进行比对，在选择最为合理的方式下对用电规划提出方案设计，并且在参考用电标准的情况下，能够达到用电负荷的要求，可以将用电的成本控制在最优环境下，这就是初期的配电规划方案研究。

鉴于传统的配电规划系统在使用中的不足之处，采用分布式配电模式，利用新技术的加入对电网配电效率起到了很大的作用，其中也包括了一些影响因素，包括：

①分布式配电系统主要的优势在于对于负荷情况做出预测，在配电系统运行不稳定的情况下分布系统可以进行合理的预测。但是在使用中发现，对于原有的配电系统使用分布配电的方式，在规划中没有考虑到负荷过大或过小的情况发生，使得分布式的预测情况不够全面，在遇到极端条件下，很难有准确的规划预测。

②在以往的配电网络中，对于节点的数量有明确的规定，根据线路荷载的加大，节点数也相应的调高，所增加的节点使得发电系统受到了很大的限制，在这样的情况下，利用分布系统的调试方案会使得节点的数量发生一定的变化，使得配电方案存在很大的不稳定性，也难以在数据分析中对负荷情况进行预测，并寻找最优的的配合方案。

③在混合型的配电模式中，使用单一的特征模式对供电系统进行分析很难有较为全面的判断，在分布式的供电分析中，找寻最为合理的配置电力系统方式较为困难，简单的一种分布方式无法统筹规划多样的电力配给方案，因此很难解决实际中供电设备发电的问题。

3.2 对网络损耗造成的影响

以往的电路计算配网系统出现的损耗问题主要是对电力负荷情况进行分析，负荷的指标再乘以设计规范中的参数得到的就是电力的损耗情况，但是这样的计算只能是简单的估算，无法达到精确计算的目的。使用分布式的配电系统在这个基础进行了改进，不仅通过负荷情况进行计算，还对线路中的电容情况进行分析，在拓扑的条件下分析出电容的使用情况，并根据电容计算出电压，在单点电源和多点电源共同配合下形成的网络式电路。在配电系统的潮流辐射计算中得到母线流经子线的电流拓扑情况，并根据单线的负荷情况推断出电流的流向和大小，但是这种办法也不能完全得到准确的结果，在预测中数据的变动很难推断出，得出的线路损耗结果是在一个线路负荷区间当中进行参考。

3.3 对电容保护系统造成的影响

使用分布式的电力控制系统会使得电容中电压值发生变化，直接导致电容的保护作用发生变化，其中表现最为明显的有以下几个方面：

①电压的变化过快，会使得电容内部的反应装置无法正常的使用，直接导致继电系统无法起到灵敏保护的效果，甚至会出现不报错的情况发生，这样在线路中就起不到过载和欠载保护的效果。同时分布式控制系统会使得流经继电系统的电流过小，继电装置没有达到额定的电压时，系统不会进行自动的运转，使得继电保护无法正常的工作，也不能在线路发生事故的过程中及时将电流进行切断。

②最为严重的情况是在使用分布式的控制系统，在没有足够的电流流经继电器时，系统会出现误动作，一旦出现误动作时，相关的节点就会将电源坐在的控制装置进行放电处理，再次导致电源的误动作发生。

③对于电网的故障分析能力会有所提高，在使用分布式的控制系统中，所使用的节点数发生了变化，在信号的波幅也相应的增大，可以明显的反应出线路的故障情况，在很大的程度上起到了降低线路故障发生的可能性，同时容量较大的继电装置可以控制出现较大电压的情况发生。

④在利用分布式的控制系统中，停电的范围会进一步的扩大，在非合同的情况下一旦出现了系统因为故障跳闸保护发生，出现停电的区域将变得更大，分布式控制电源会出现停止工作的情况，并将电力线路中过大的电路进行控制，从而发生误动作保护。从此所进行的跳闸处理在短期内无法在进行正常的供电，重新处理继电装置线路才能恢复正常的使用。

3.4 对配电线路效率的影响

在分布式的控制系统运用于配网中，对于配网的输送电能效率也会发生一定的影响，其中主要包含以下两个方面：

①在以往的电力配电网络输送中，线路的输送效率和电路负荷成正相关，同时负荷越大所造成的电压波动越大，线路中的无功补偿方案与分布式控制相互配合，在线路电压出现过大时，负荷在配电中处于较大的水平，使得电压的波动更为明显，直接导致输送效能的降低。同时在分布式控制系统中电源的使用情况发生了改变，也会对整体的电压情况造成影响，其中影响包括：

其一，在对分布式电力控制的电源调试过程中，负载的调试运行发挥着重要的作用。当电源的输出电压大于负载电压时，电流就会相依的降低，使得继电装置在电压的控制下降低波动，从而形成较为稳定的分布式电源模式。

其二，运行中出现分布控制装置不能和负载共同使用，当分布电力设备中功率发生变化时，电机对负荷造成一定的干扰，电源的电压发生较大的波动，可能会出现闪变和断路的情况发生，严重影响输电线路的稳定性。

②产生谐波。在分布式的控制方式下，会使得电路产生谐波效应，在电源电压转换的过程中，由于波动情况较为严重，电压出现不稳定的情况，输电也呈现间歇性。同时分布式的电源采用的的电子操控设备，在电路附近会产生电子干扰现象，导致电路的波形发生不可预测的变化。以电路机组为例，在交换电压的环境下，电路中产生的谐波使得电路的电流发生紊乱，电路机组中的功率也会呈现不均匀的变化，最终导致机组不稳定。

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