分布式发电接入配电网时遇到的问题及其相关配套技术研究

2014-04-17牛伟

科技视界 2014年25期

牛伟

（上海瑞宁航运有限公司，中国上海 200080）

0 引言

作为大电网的有益补充，分布式发电技术具有节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性等特点，并将成为未来发电技术的重要组成部分。随着常规能源供应的日益紧张，分布式发电的开发和利用受到了前所未有的重视，包括风电、太阳能、蓄电池储能等分布式新能源发电已成为能源发展的新特征。我国已将分布式发电列为了“十二五”期间能源发展的优先领域，大力发展分布式发电是我国电力系统未来发展的必然趋势。

1 对配电网的规划的影响

配电网是电力系统的重要组成部分，在当前电力迅速发展和供应紧张的情况下，科学合理的配电网规划不仅可以保证电网运行的安全性和经济性，还有利于配电网建设投资效益的充分发挥。分布式电源大多直接布置在配电网中，对含分布式发电的配网系统进行合理的规划和建设，分布式电源在系统负荷高峰期能够转移一定量的负荷，提高配网系统能源供应的可靠性和稳定性。与此同时，分布式电源在配电网中的合理布点和定容能降低部分馈线电压降落、减少线损和建设输配电设备的投入。

但是，分布式电源的接入使得配网系统电源的构成不再单一，分布式电源在用户侧并网运行使得配电网部分节点支路潮流出现双向流动，改变了传统配电网的运行模式，这对配电网规划的负荷预测、网络潮流计算、电源结构布置等带来了大量的不确定性因素。此外，分布式发电中的太阳能，风能等新能源发电具有显著的随机性和间歇性，输出功率极不稳定且难以控制，不具备“电网友好型电源”的特征，该类电源大量接入将对配网系统的安全稳定运行产生极大影响，限制了配网系统接纳该类分布式电源的能力。

因此对于含分布式发电的配网系统，配网系统的规划和建设必须考虑分布式电源的接入，分布式电源的规模、布点应与配电网的负荷增长和稳定可靠运行相结合。如果规划不合理，分布式电源的接入将可能使配网系统的某些设备闲置或成为备用，甚至影响到配网系统的安全可靠运行。对于计及分布式发电的配电网规划，如何确定分布式电源的合理结构，如何协调和有效地利用配电网各种资源、降低配网系统投资建设风险，如何降低分布式发电对配电网稳定可靠运行造成的影响等，均是规划中需要解决的问题。

分布式发电一般以较小规模和分散的形式接入配网系统，依照其特征，分布式电源不足以解决全局性和大范围的能源供需平衡，更多的是承担着电网调峰调频、保证电网安全稳定的作用。因此对于含分布式发电的配电网规划，应充分发挥分布式发电的优势，从提高资源配置着手，着重于电源与负荷的合理分配，在满足配网系统安全可靠运行的前提下，减少备用容量的投资建设，使配电网和分布式电源的投资建设成本最小。传统配电网规划方法一般遵循负荷预测?电源规划?网络规划的步骤进行，该类方法都不同程度地将包含分布式电源的规划问题进行简化。现有对于计及分布式发电的配电网规划研究，大多从分布式电源的布点规划和配电网的扩展规划两个方面考虑，建立包括经济性、可靠性以及经济性和可靠性相结合的三类模型，并通过相关优化算法实现对含分布式发电的配电网规划。但相关规划方法均是根据规划期间网络空间最大负荷预测的结果来确定最佳建设方案，该类方法虽然实现了分布式电源接入配电网后系统的可靠运行，但分布式发电和配电网建设的经济性并没有很好的实现，这种基于最大负荷的规划方法并没有发挥分布式电源参与电网调峰的优势，规划方案往往需要大量资金建设发配电设备和输配电网架，增加了系统备用容量，甚至造成搁浅成本的产生，导致系统电力设备整体利用率不高，增加分布式电源和配网系统建设的投资风险。

通过上述分析可以看出，传统配电网规划方法显然不能很好的解决包含分布式发电的配电网规划;现有的含分布式发电的配电网规划方法虽然能保证系统运行的可靠性，但该类方法并没有充分发挥分布式发电的优势，得到的规划方案经济性没保障，增加了分布式电源和配电网建设的投资风险。

2 对相关配套技术的要求

当前分布式发电接入配电网并与配电网并网运行理论可行，但受技术的限制和政策支持等原因的影响，分布式发电在我国并没有实现大规模并网运行。本文针对分布式发电接入配电网所遇到的若干技术问题提出相应的解决方案，包括实现风能、太阳能、电动汽车、储能设备等新能源并网电能的计量，电动汽车与电网之间能量交换计费的结算，风场风能的联合概率期望值的计算等技术。相关技术主要解决了以下几个方面的问题：

1）实现分布式新能源发电系统与配电网之间电能流动的双向计量。太阳能、风能等分布式新能源发电系统并网后，存在功率和能量的双向流动。当分布式新能源发电系统无法满足用户电力需求时，接收电网的电能。而当分布式新能源发电系统电力充裕，在满足用户电力需求的前提下，将剩余的电能反馈回电网，实现分布式新能源发电系统与电网之间能量的双向流动。然而，现有技术中的电能计量方式多为单向计量，无法满足分布式新能源发电系统并网后电能双向流动的计量要求。针对现有技术的不足，研发了一种面向分布式新能源发电系统的双向电能计量装置，该装置能同时计量从电网向分布式新能源发电系统流动的电能(即正向电能)，以及从分布式新能源发电系统反馈回电网的电能(即反向电能)。

2）实现电动汽车充放电的充电费用和放电收益结算。V2G技术下的电动汽车存在充电和放电两种模式。在充电模式下，电动汽车是电能的消费者，通过电网对其充电以满足电动汽车用户行驶的需求。在放电模式下，电动汽车作为分布式储能装置，将电能反馈回电网，以承担电网调峰、调频和旋转备用等功能。随着电动汽车的大规模接入电网，完善的配套设施不可或缺。目前，已建和在建的充电站一般只能为电动汽车提供充电服务，相应的计费装置只具有充电费用的结算功能，无法实现电动汽车与电网之间双向能量交换的费用和收益结算。此外，现有计费装置不具备实时电价显示功能，极大影响了用户利用电动汽车作为储能装置承担电网调峰、调频和旋转备用的积极性。因此，一种具有多种电价实时显示功能，同时计量充电费用和放电收益的电动汽车双向电能结算装置亟待研发。

3）实现配网系统风场风能的联合概率期望值计算。由于风速的间歇性、随机性，使得风力风能具有不确定性的特点，大量风电机组并入配电将对配电网的安全可靠运行造成不良影响。为保证系统安全稳定运行，在含风力发电的配网系统中，需对风场风能进行概率计算。目前，对风场风能监测装置的研究还很少，至今仍未有相关的装置考虑了风场风能概率相关性的计算。