分布式新能源发电对电力系统的影响

李传财

国电电力发展股份有限公司

一、新能源发电概述及分布式发电概述与类型

（一）新能源发电概述

新能源发电指的是采用先进技术和能源进行发电的技术。目前我国比较常见的新能源发电技术有风力发电技术、光伏发电技术等等。工业革命促使生产力不断提高，但伴随着工业革命的来临，能源问题也日益凸显。新能源发电技术所采用的能源都是可再生的能源，因此在当前的能源问题上，如何促进可再生能源开发与利用非常重要。通过国内外众多专家与学者对各种相关理论的研究，新能源发电技术已经日趋成熟，可以利用相关能源进行一定程度的稳定发电，但相关的研究仍在继续，并朝着更加稳定、能源利用率更高、功率更大的方向发展。新能源发电具有可持续、可再生、环保等特性。尽管目前地球上有大量的石油和天然气等燃料能源可以满足人类的需要，但是随着社会发展对能源需求和开采量的不断增加，全球石油和天然气的储量将会逐渐减少。新能源就不一样了，风力发电是通过大气循环来实现，光伏发电的主要能源来自太阳辐射，所以人们对新能源的开发和利用并不会对生态环境造成太大的影响。尤其是太阳能，每天都会随着阳光源源不断地输送到地球上，可以满足人类的需要。除此之外，新能源具有清洁性，利用新能源进行发电能够极大地减少各种大气污染问题，从而降低对环境的污染。

（二）分布式发电概述与类型

相比之下，分布式发电与集中式发电不同，发电设施并不集中于发电站内部，而是根据当地实际用电的情况对相关设施进行合理的配置。在居民生活区域内安装分布式发电电源，既可以全面满足居民用电需求，又可以有效补充集中式发电网络存在的疏漏。同时，因为分布式发电是迎合用户实际用电需求而衍生的发电设计，可以有效地改善传统集中式发电形式不灵活的缺点，从而有效地提高了供电网络发电效率以及供电网络的稳定性。但是，因为分布式发电的发电容量比较小，所以分布式发电更适合于对集中式发电网络进行补充，以及对少数用电用户和区域供电[1]。以当前我国分布式发电的运行模式来看，其主要有孤网和并网两种形式。我国分布式发电技术主要包括如下两种形式：第一，光伏发电技术。光伏发电技术就是根据相应的半导体材料，成功地将太阳能转换为电能的发电形式。因为光伏发电技术不需要使用任何燃料，所以可以有效缓解环境污染，而且光伏发电技术易于操作，维护工作也比较简单、便捷，对地理环境的要求也不高，所以在国内大部分地区都可以推广使用。另外，光伏电池可以将白天收集的太阳能转换成电力供夜间使用，因此也提高了用电效率。然而，光伏发电技术的应用过程中也有一个缺点，就是对日照强度要求比较高。第二，风力发电技术。风力发电技术就是把风能转换成电能的一种发电技术，这种技术既不需要耗费大量的资源，又不需要太大的投资。但是风力发电的缺点是它的建设取决于风资源的分布情况。

二、分布式新能源发电技术分析

（一）光伏发电

在光伏发电技术应用中，太阳能光伏阵列是由多个太阳能光伏电池串并联构成的，布置施工十分重要。在光伏发电技术发展过程中，最初所使用的光伏电池原材料是硅，以硅作为衬底，不仅成本非常高，而且损耗也比较大。因此，在对光伏电池进行改进后，目前常用的光伏电池内部由薄膜电池和晶体硅组成，这不仅能够减少材料损耗，而且能够提高光伏转换效率。最大功率点装置可以有效地提高太阳能资源的利用效率，使得光伏阵列在系统运行的过程中始终保持最大功率输出。储能装置的主要功能是对电能加以控制，比如在太阳能资源充足的时候，可以通过储能装置将电网中多余的电能储存起来，而在太阳能资源比较匮乏的时候可以通过逆变器再将储存的电能释放出去，以此来保证发电系统稳定运行。逆变器能够把直流电转换为交流电，然后经过变压器转换成标准的交流电压和频率，供人们在日常生活中使用。

（二）风力发电

风力发电技术作为优质的发电方式，能够有效改善传统电力行业对石油、煤炭等能源的依赖，从而实现电力行业能源多元化发展，对能源结构进行优化，这对生态环境保护与时代发展都有一定的积极作用。风力发电技术指的是将风能通过机械能转化为电能的过程，主要以风轮为媒介，通过风力发电机与控制系统将机械能转化为电能，从而实现发电的目的。当风能进入测风系统后作为其输入信号，通过风力控制器输出桨距角信号，合理调整机械转矩与输出功率，将机械功率传输至发电机中，将电能传输至供电系统，完成整个发电过程。与传统能源相比，风力发电具有比较高的应用优势，作为一种重要可再生清洁能源，风力能源的性价比较高，并且在运行过程中安全性与可靠性强、装机规模十分灵活、建设周期非常短以及后期维护非常方便。同时风力发电还拥有多种形式，具有广阔的应用前景。

三、分布式新能源发电技术在电力系统中的具体应用

（一）光伏发电

光伏发电技术主要是依赖于光伏传感器等组件，通过太阳能与电能的转换来实现电力供应，再将电能接入到配电网，从而实现并网的发电。光伏发电系统通常由光伏电池板、逆变器、输变电等重要设备组成。在光伏发电过程中，利用光伏电池板将光能转换为电能，再通过逆变器转换成交流电进行输出，从而适应配电网。光伏发电站可以通过分布式的方式构建，通过调节来适应现有的配电网供电要求，可以直接为用户提供电能，也可以进行电能的存储。光伏发电可以被划分为两种方式：一种是集中式发电，另一种是分布式发电。在光伏发电系统建模过程中，集中式光伏发电系统建模研究的重点在于大规模光伏并网带来的一系列稳定分析、电力系统规划等方面问题的有效解决。分布式发电建模研究的重点是配电网或微电网中光伏发电并网所带来的电能质量等问题的解决。从模型的角度来看，光伏发电建设模型可以划分为两大类：一是机理建模方式。以光伏发电系统组成的元件为基础，对其所反映的内在机理进行分析，从而构建出元件数学模型，并运用物理学定律来构建光伏发电系统的整体数学模型，比如小信号模型、等值电路模型、状态空间平均模型、详细时域仿真模型等。二是混合建模方式。以元件内在机理建模为基础，对一些复杂的网络元件，比如逆变器的外特性进行建模，也就是保持建模对象的外特性不变，同时还可以对其内部结构进行简化，并对其外部整体特性进行重点考量，比如开关函数模型、受控源模型、等效二端口模型等。

（二）风力发电

从资源储备方面来讲，风力资源的储备相对较高，是水资源储备的十倍之多。风力发电主要指的是将风力转换为驱动风力的机械力，借助发电机进行能量转换，从而产生电能。对风力发电技术的运用进行分析，首先要考量风机类型。按照装机容量来划分，主要有小型机、中型机、大型机和特大型机。一般情况下，风机的容量越大，那么桨叶的长度就越大。按照发电机转速指标来划分，可以将其细化为定速机、变速机。其次是对相关设备的构成及作用进行分析。风力发电所用的发电机组主要由风轮、机舱和基础等构成。运转中的风力发电机组由叶片、螺距变化系统等构成。叶片的外形直接影响风能的吸收情况。在风力发电运行过程中，风机风速如果大于切出风速，可利用叶片的转动来实现气动制动。当叶片运行出现异常状态时，要及时处理覆盖冰及腐蚀等问题，保证叶片得到有效的保护和防护。再次是风机控制技术的研究。风力发电所用的并网发电机有双馈机、双速异步机、变速风力发电机等类型，采用模糊控制技术可有效地调整速度和功率。运用神经网络可以很好地控制叶片桨距，也可以很好地预测风轮气动特性，具有良好的运用效果。在风电场并网运行中，要吸收无功，为风电场配置SVG（静止无功发生器）或者其他无功补偿装置，用实时动态补偿的方式降低由于输送功率引起的系统振荡，对电网的运行状态进行优化，从而保证运行效益。

四、分布式新能源发电对电力系统的影响

（一）分布式新能源发电对电力系统电压的影响

在分布式新能源发电模式中，电源主要是接入配电网，而在其接入后，配电系统的电源结构也会由之前的放射状结构转变为多电源结构，相应的潮流大小与方向也会随之变化，进而也会促使配电网的稳态电压发生变化，最终结果是之前的调压方案不能满足分布式电源接入后的配电网电压需求。这时，为了避免给用户端带来影响，必须重新评估分布式电源接入对电力系统电压的影响。对这种影响进行量化分析的一大主要手段就是潮流计算，可是常规的电力系统潮流计算方法，并未将分布式发电产生的影响纳入其中，因而参考价值并不高。在此背景下，针对一些比较典型的分布式电源建模，如异步发电机、无磁调节能力的同步电机、燃料电池等，建立了一种具备灵敏度补偿的配电网潮流计算新方法，可以很好地应用于多源配电系统。经研究发现，分布式发电的接入会对配电网络馈线上的电压分布产生直接影响，具体的影响程度与所接入电源的接入位置、容量大小有直接联系。

（二）分布式新能源发电对电力系统电能的影响

由于分布式发电中转化器的数量明显增多，对电能传输质量产生了一定的影响，从而导致电能传输质量明显下降。由于分布式发电对电力系统电压也会有一定的影响，因此在使用一些功率较大的电源时，电力系统的电能传输质量与使用质量也会大大降低。然而，在供电系统整体用电负荷较大的时候，分布式发电则可以很好地降低配电网的负荷，并有效地预防了电力系统中故障的发生，从而促使用电效率的明显提高。

（三）分布式新能源发电对继电保护的影响

大部分的配电系统都是呈辐射形的，之所以采用辐射形的结构，一方面是因为操作简单，另一方面也是因为过电保护的经济性。在分布式电源接入之后，原本的放射状配电网络转变为全系的遍布电源和用户互联的网络，潮流也不再像以往单向的从变电站母线流向各负荷，进而也对系统的继电保护造成较大影响。一是分布式电源在正常工作状态下，也有可能引起继电保护的失效，这也是分布式电源发生故障后，通过馈线继电器的电流降低而引起的。二是分布式电源并网后，有可能引起继电保护的误操作，导致相邻馈线出现故障，也有可能引起馈线跳闸[2]。

（四）分布式新能源发电对配电网损耗问题的影响

在电力系统中，配电网的损耗问题主要受潮流因素的影响，当分布式电源进入配电网络必然会引起电网负荷的变化。配电网接入前为单向潮流，接入后为双向潮流。目前阶段，我们发现配电网的损耗会随着分布式电源的接入而降低，在电网中引入同步发电机后，电网中存在着有功和无功同步输入的情况，可以有效地降低系统损耗，并在一定程度上对配电网电压起到支撑作用[3]。

结束语

当前，分布式发电和新能源发电是电力产业中两种重要的发电形式，它们都有自己的优势和不足。对分布式发电来说，因为每个电厂都是独立的，所以分布式发电具有更高的安全性与可靠度，而且对自然环境的依赖性也更低，因靠近用电现场而造成的电力损耗也比较少。然而，采用分布式发电的方式也会因为发电单元分散，给管理工作带来很大的困难。分布式能源具有经济、可靠和环境友好的特点，尽管其接入后很可能会给电网带来一定的冲击，但是随着科技的进步，我们认为在不久的将来它会得到更多的使用，也会取得更好的综合效益。