现代电力系统中分布式供电技术的应用

摘要：在电力系统中应用分布式供电技术可以将地域再生资源的优势充分发挥出来，在保护环境、提升电网运行经济性方面意义重大。文章首先对分布式供电技术优点进行了介绍，然后对分布式系统协调运行问题进行了分析，最后对分布式供电技术在电力系统中的应用进行了探讨。

关键词：电力系统；分布式供电；电网体系；供电技术；能源环境；再生资源 文献标识码：A

中图分类号：TM715 文章编号：1009-2374（2017）04-0048-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.025

随着能源环境问题越来越突出，分布式能源供电技术得到了发展，利用分布式供电技术可以将多种资源的优势发挥出来，并达到优势互补的效果。和常规的电力系统相比，分布式供电系统可以解决传统电力系统中的不足，为电能供电系统提供补充。将分布式供电系统和传统供电系统合理的结合起来是未来能源发展的主要方向。

1 分布式供电的方式及自身优点

相对于大电网来说，分布式能源供电系统是独立性的小规模供电体系，在实际供电过程中形成的供电类别极多，其应用最多的便是用电负荷≤50MW的小型模块化发电和储能设备。相对于常规供电体系，分布式能源供电体系具有大量优势：（1）其实际建设过程较为简单，投入较少，见效较快。对于分布式发电能源来说，其绝大多数都是以风能和太阳能以及生物质能等多种再生能源为主，当然在此过程中会涉及到少量燃气轮机，但是其具有单机容量小、建设便捷、投资和安装成本较小等多种优势；（2）距离客户端较近，能够极大地减少电力配送过程中产生的能源消耗；（3）分布式能源供电体系能够以电源分布的基本特点为基础，通过对多种电源的运行时间和方式进行合理调控，进而满足冷热电联产运行对于能源的基本需求；（4）在分布式供电电源资源选择过程中具有较强的多样性，此外，再生能源的选择要求在实际发电过程中并不会产生污染物质，与此同时其自身较低的发电等级能够极大地减少电磁污染；（5）分布式电源因为单机容量较小，数量巨大并且相互之间独立运行，即便产生故障相互之间所产生的影响也极小，因此该种供电方式能够形成极强的供电可靠性。

2 分布式供电体系的基本结构

在分布式供电系统中，不但能够实现多种分布式联合发电，更可以实现分布式和大电网的联网供电。分布式公共点体系的实际结构如图1所示，通常会由分布式供电网络和多种分布式电源、负荷以及储能设备组成，此外，在大量应用实例中分布式供电体系还会与公共电力体系连接在一起。

在该体系中分布式电源1-n可能会同时包括类似太阳能发电等多种分布式发电技术中的一种，而负荷1-m则是该分布式供电系统范围中的不同电力用户，分布式电源和用户以该网络为基础实现连接。而对于储能设备来说，也被划分为多种类别，其主要包括超级电容和蓄电池以及金属飞轮等。借助储能设备能够有效解决负载和电力供需之间存在的矛盾，确保系统的稳定运转。

3 分布式供电技术的使用

在配电网中大量使用分布式电源主要具有以下两种目的：

3.1 对重要负荷以及快速增长的负荷形成预备

在该种情况下分布式发电体系作为电源直接使用，而区别在于配电网中的分布式电源通常是作为备用电源，受到该种因素的直接影响，应当使用多种可再生资源形成发电，并通过可再生资源和储能设备结合的方式展开日常运行。

3.2 对配电网的电能质量形成有效改善

在配网中使用分布式电源可以有效改善电能质量，分布式配电网系统成为了未来主要的发展方向，随着人们生活方式的日渐变化以及对敏感性设备的应用越来越多，用户对电能的质量及供电的可靠性也有了非常高的要求，要求电压波形畸变程度、电压幅值波动范围、三相不对称度都要尽量小，甚至要求定制电力有更高的稳定性。但是当前配电网系统是无法满足上述要求的，因为配电网的有功储备和无功储备不足，导致电能质量不高，所以在配电网中使用分布式电源有助于提升供电网的电能质量以及供电的可靠性。但是就所使用的技术来说，实现上述目标的过程中依然有以下两个关键问题必须得到解决：（1）因为配电网在实际规划过程中区别于输电网络，在传统的配电网络中都是辐射型网络结构，并不会产生电源规划的基本问题，而随着分布式电源的出现，逐渐产生了大量网络电源规划的基本问题。在分布式配电网络中应当同时考虑到多种类型分布式电源的基本容量和技术需求以及电源附近的负荷性质，并通过协调运行确保分布式配电系统能够充分发挥自身的基本价值。另外，确保分布式电源配置的合理性能够极大地降低配电网在实际运行过程中产生的损耗，从而有效提升配电网络运行的基本效益；（2）随着分布式电源的形成和加入，使得传统电网辐射的基本结构被打破，继而形成了辐射网和分布式供电网相结合的混合式配电网。而为了有效提升配电网供电系统的可靠性，当前绝大多数配电网已经形成了环网开环运行的基本模式，以图2所展示的供电网结构对环运行进行简单说明。变压器T1和T2通过馈线为负荷提供电源支持，而为了有效保证整定和两断电源的同步性，在正常运行状态下应当促使开关SC处于断开状态。倘若没有将分布式电源接入到配电网中，在第一段线路产生短路故障时，开关1A将会进行过流保护，及时阻断故障，而此时的1B则可以正常运行。F1如果产生瞬时故障时，断路器1A则会重合闸成功，1B监测到电压之后便会立即恢复，并在预定时间间隔之后再次恢复供电。而倘若F1產生永久性故障，那么1A则会重合闸失败，1B闭锁，此时分段联络开关SC将会动作闭合，并由T2完成无故障电路的供电。

倘若分布式电源DG接入到配电网之中，在同样的故障F1产生时，分布式电源DG的容量和线路的阻抗将会直接决定开关1B是否能够感受到短路电流，而为了有效提升故障隔离的正确几率，开关1B上必须安装方向电流保护。倘若故障点F1与1B之间的距离较大，而分布式电源DG的容量较小，开关1B将会始终处于闭合状态。在该种状况下，即便F1产生瞬时故障，而因为DG始终回想故障点提供短路电流，因此该瞬时故障不会自行消失，开关1A重新合闸失败之后，故障持续存在并引发新故障。

其实，因为传统配电网继电保护装置通常会按照辐射型网络结构完成整定配合，基于此，分布式电源的引入将会对不同保护之间的配合产生极大的影响作用。而为了有效降低分布式电源对于配电网保护整定形成的巨大影响，最简单的方式便是在故障产生之后，将分布式电源从配电网中完全隔离，继而恢复配电网的辐射型网络结构。借助该种方式并不需要因为分布式配电网的加入而进行重新设计配电网保护装置。而在解列分布式电源时必须根据电源的自身特点保证单独运行分布式电源的基本安全，并充分考虑解列时间和保护装置动作之间的配合。借助该种策略则会使得配电网的正常运行过分依赖分布式电源所给予的辅助作用。

4 将分布式电源嵌入到互联输电网体系中

因为分布式电源采取了电力电子装置控制体系，该系统具有控制灵活、调节能力强以及能够和柔性交流输电设备配合等多种优势，而正是受到上述多种因素的影响，分布式电源在输电网中主要发挥辅助服务的作用：（1）在正常运行状态下，其能够提供系统旋转备用容量和无功储备，继而保证系统运行的基本频率和电压，减少配电网损耗，提升配电网运行的经济效率；（2）在系统受到较大干扰并对自身安全性造成较大影响时，分布式电源则可以给予故障应急支持，并借助柔性输电控制技术提升系统的稳定性；（3）在系统解列时，其能够为独立运行的孤岛提供电源；（4）因为分布式电源是以燃气以及其他再生资源为基础进行发电，因此在大规模停电之后其能够形成黑启动电源。

为了充分发挥分布式电源对于输电网的辅助作用，在不断降低成本投入、提升技术的同时，应当充分利用多种先进控制理念形成能够灵活调节的分布式电源，最终实现改善電力系统动态性质的既定目标。

当输电网中的分布式电源容量可以达到一定的规模以后，分布式电源除了可以进行辅助服务以外，还能承受一些负荷。因此，调度中心要根据分布式电源的具体特征，对分布式电源的开停机时间、利用小时数、承担负荷数量等进行合理的安排，实现不同约束条件的电源的协调和优化，虽然当前分布式电源的技术和成本还没有办法达到大规模应用的要求，但是相信在不久的将来，随着分布式发电技术不断进步和进一步完善，分布式电源会在柔性交流输电系统中发挥出更加重要的作用。

5 结语

综上所述，随着可再生能源的不断发展，人们的环保意识不断提升以及电力市场的不断改革升级，为分布式发电技术的应用提供了发展基础，通过采用分布式发电技术可以更加灵活地对电网结构进行控制，为用户营造一个更加安全、可靠、经济的电力系统。

参考文献

[1] 纪明伟.分布式发电中微电网技术控制策略研究[D].合肥工业大学，2009.

[2] 曾琦，李兴源，王建.分布式电源接入电力系统的问题研究[A].中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集[C].2006.

[3] 李黎.分布式发电技术及其并网后的问题研究[J].电网与清洁能源，2010，26（2）.

作者简介：张国赢（1986-），男，广东河源人，助理工程师，研究方向：电力管理。

（责任编辑：蒋建华）