分布式能源接入电网影响研究

闫玮袆

（中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心，北京 100028）

0 引 言

随着我国电力行业的不断发展，分布式能源接入的范围越来越广。局部地区的分布式发电分布相对集中，分布式发电机占电力基础设施的比重越来越大，给电力系统造成了严重负荷。分布式能源接入的架构特点影响了电网的整体规划和建设，技术和管理的问题矛盾逐渐突出。因此，分布式发电技术给电网运行带来的影响需要得到重视，电力行业工作人员要及时做好相关的协调工作。

1 分布式能源接入

分布式能源包含分布式发电和储能，本文主要讨论分布式发电技术。分布式发电技术是指为满足用户的用电需求，在用户附近研发建设的小功率发电机组。这一概念是相对电网规划中的集中式发电灵活制定的，是一种技术相对成熟的清洁新能源利用方式，具有开发利用分散能源、提高能源利用率、实现节能减排以及满足特殊场合供电的优势。常见的分布式发电技术类型有内燃机、太阳能发电、风力发电、生物质能发电、潮汐能、燃气轮机、燃料电池发电以及地热能源发电等[1]。燃气类型的分布式能源接入是最常见的类型。相对于自然条件下的风能、太阳能等，燃气类型的分布式能源在发展过程中还面临着市场、经济以及技术等方面的问题。燃气开发前期存在市场上的用户存在认知度不够和用能设施建设成本太高的问题，直接导致燃气价格居高不下。如果没有政策的扶持，燃气类型的分布式能源很难得到发展。可见，发展燃气类型的分布式能源，需要解决政策问题、设备国产化问题、并网问题、电力企业运行以及突破市场制约等。

在系统选择上，分布式发电通常选择直接接入低压配电系统的方式，或者直接选择形成一个独立的供电循环，使得分布式发电和常规的电源比起来具有规模更小、成本更低、保护环境、具有间歇性以及需要依靠加工成型燃烧的过程特点[2]。受地区经济和资源限制，分布式能源接入存在分布不平衡、技术和管理方面矛盾问题突出的缺点，易造成电网局部负荷过重、维护工作实施困难等消极影响。此外，分布式能源接入与整体电网运行的协调也给电力企业的工作带来了很大压力。

2 分布式能源接入对电网的影响

2.1 对网损的影响

分布式能源接入由于具有灵活性特点，根据不同位置、网络拓扑结构、容量以及负荷率，会对电网系统损耗产生不同影响。通过定量分析统计结果显示，在接入位置固定的情况下，能源接入容量增大，电网损耗先减小后增大，所以分布式能源接入的最大容量不能超过电网的最大负荷承载量。选择合理的接入位置和容量，才能使电网系统损耗程度降到最低[3]。

2.2 对继电保护系统的影响

随着各种类型的分布式能源接入，电网系统逐渐形成了一个巨大的辐射式供电网络系统，具有电源分布广泛、用户众多的特点，使得传统的单向性继电保护系统受到了一定影响，其中距离保护、过电流保护以及故障电流等方面的保护机理和定值更是产生了巨大变化。一旦电网发生故障，需要迅速分析故障根源是否与分布式能源接入有关，并配合进行电源切断工作。由于分布式能源接入受地区经济和资源的影响，发展水平高低不一，分布式能源接入对电网继电保护系统的运行造成了很大威胁，可能导致继电保护系统失效或者错误操作，降低了电网故障处理水平。

2.3 对电能质量的影响

分布式能源接入对电网电能质量的影响是多方面的，包括电压波动、不平衡、频率偏差、电压闪变以及产生谐波等。分布式能源接入会对电压的波动产生抑制或者加重作用，这取决于分布式电源的容量和电网负荷承载量的协调运行状况。如果分布式能源不合理、违规接入电网，会造成电路系统产生剧烈的负荷潮流波动，对电能质量造成巨大影响。分布式能源接入由于可以根据用户的不同需求随时启动或停运并调整能源输出量，接入的时间、输出量的不确定性会直接或间接导致电压闪变。分布式电源接入大多使用电子逆变器进行控制和调节工作，频繁开关和使用会产生大量谐波分量，多余的谐波会造成污染。谐波污染会加大电力设备的损耗，缩短其寿命，甚至直接对运行造成影响[4]。

2.4 对电网的可靠性影响

除了不可抗力的气候、环境等自然因素会对太阳能、风能等不稳定的发电形式造成影响外，独立的供电循环这一类型的分布式能源接入会对电网的可靠性造成消极影响。电路发生故障时，分布式能源能够保证停电用户的供电，对降低年平均断电时间有积极作用。但是，这种独立的孤岛式供电方式会对电网检修工作人员的安全产生巨大威胁，电力管理水平也受到地区发展的限制。安全意识和管理水平的落后，导致某些地区的检修工作危害指数更高，严重危害电网供电的可靠性。

2.5 对电网规划的影响

大量的分布式能源接入降低了电网系统对输电网和大型发电站、发电厂的需求，使供电服务不再完全依赖这些发电形式，是电力行业发展多样性、科学性的体现，降低了电网建设和运行的成本。除了对电网规划带来的便利，分布式能源接入也对电网规划造成了一定的消极影响。根据我国的地理差异特点，不同地区的分布式能源接入的发电量不尽相同。为了保证满足用电客户的生产生活需求，电网的规划必须增加对这些地区的电力补充作为地区电力的依托备用。加上分布式能源接入过程中的谐波污染造成的设备损耗，对电压波动的影响相对不稳定，增大了电网负荷承载量的检测难度。分布式能源接入导致传统的电网运行过程中相关的理论计算方法不再适用。从一定层面上看，分布式能源接入对电网的规划增加了更多不确定因素，规划需要考虑多方影响进行最优化选择，对电网规划的适应性提出了更高要求。在某些方面，分布式能源接入还增加了电网改造和建设的成本费用，给电力企业的发展带来了巨大压力[5]。

3 分布式能源接入的优化策略

根据分布式能源接入对电网的影响，想要尽量避免分布式能源接入对电网的消极影响，必须从整体综合规划和电力科学技术两个方面进行优化[6]。

整体综合规划中，可以将分布式能源接入中的可再生能源的规划全部统一纳入可再生能源规划，保障能源的可持续发展。使用分级规划保证能源接入细节事项能得到管理，省级规划要以国家规划的主要目标为指导，根据地区特点因地制宜做好规划。燃气类型的分布式能源需要政府在前期提供大量的政策支持和资金扶持，并需要协助电力企业加强能源宣传，提高用户的认知度，帮助企业扩大燃气市场。规划原则要坚持节能减排、保证科学性和合法性，要加大相关立法工作，进行科学的管理和规范。此外，整体规划必须符合社会主义发展的现实要求。

科学技术方面要求电力行业不断培养高素质的技术人才，将技术问题带来的损失降到最低。例如，发展微电网技术，保证独立的供电循环这一类型的分布式能源接入的安全性和平稳性，从而进一步增加电网的可靠性。此外，燃气类型的分布式能源由于其设备国产化、并网问题严重，前期用能设备建设成本太高，需要科研人员加强研究和开发，吸收国内外先进的科学技术经验，提高设备水平，降低用能设备建设的成本，并合理规划相关并网问题，使燃气类型的分布式能源可以得到更好发展。同时，需加大主动配电网技术、输电技术、继电保护技术以及储能技术等的科研力度，降低电网受到的影响。

4 结 论

分布式能源接入方式的产生是电力发展过程中现实情况的要求，也是电网运行中的重要内容。我国分布式能源接入发展仍然处于起步阶段，在获得便利的同时，要兼顾带来的缺点和对电网整体的影响。电力行业需重视并积极开展研究，以保证电网的可持续发展。