关于分布式间歇性电源发展的思考

朱玥荣

华北电力大学电气与电子工程学院 北京102206

0 引言

新能源的接入使电源和电网结构中涉及的问题变得越来越复杂，目前还没有成熟方法和商用仿真软件。间歇性电源既有多点相对集中又有高密度分散接入地区电网模式。在间歇性电源高出力时，地区负荷不能完全消纳的部分，需要外送；而低出力时，地区有可能还需从区外获得电力支持。这就形成了一种“电力吞吐型”区域电网。分布式电源的发展对电源结构、网络潮流等带来了大量的不确定性因素，对配电网会产生多方面的影响，如：分布式电源的合理规模、布点以及如何与电网扩展规划相配合；分布式电源对中低压配电系统可靠性的影响等。这些领域的研究在我国仍处于起步阶段有待进一步探索。

1 分布式电源和储能设备的功率特性

1.1 风力发电特性 风力发电机的有功功率主要由风速决定，随着风速的变化，发电功率因此具有波动性和偶然性，因此需要研究风能的季节和日波动特征，从整体上了解了分布式风力发电的输出规律，完善各种典型发电机功率输出模型，定量分析风力资源与分布式风力发电的关系和特点。研究不同地理位置对风力发电实际功率输出特性的影响。

1.2 光伏发电的功率特性 由于光伏发电的输出功率主要由太阳辐射值决定，太阳辐射的随机变化会导致光伏发电的随机性和间歇性。太阳能资源的季节性和日内波动特征，需要研究各种典型的光伏发电发电模型中辐射与输出之间的关系，分析不同的光能转换效率对光伏功率的实际影响程度。

1.3 储能设备的功率特性 研究燃料电池，飞轮和电动汽车的充电和放电特性，通过分析各种典型集成模式下储能设备的总体功率特性，研究电流和温度等典型参数的变化。

1.4 分布式发电与负荷变化之间的关系 结合风能和太阳能发电的变化规律以及典型的日负荷，在时间及空间二重维度下，定量衡量风电、太阳能发电、以及负荷三变量因素之间的相关密切程度，分析发电与负荷之间的内在相关性。

2 间歇性分布式电源对电网的影响

合理安装分布式电源可有效改善配电网电压、减小系统有功网损、提高系统负荷率；反之则会影响配电网的安全稳定运行；必须满足较多的限制条件。

2.1 分布式电源对系统安全性，稳定性，电源可靠性和电能质量的影响 电网中有分布式电源或大容量分布式电源增加，将对系统潮流，电压稳定性、暂态稳定性等产生重大影响，盲目引入分布式电源甚至可能使系统的可靠性和稳定性变差。不同类型的分布式电源对电网的电压调整、电压闪变、电压不平衡、谐波污染等也会产生不同的影响。对于具有大量分布式电源的配电系统，如果电源和电网协调不佳，则会降低系统的可靠性。

2.2 分布式电源对电源系统规划的影响 用户安装分布式电源为自己提供电能，使得更加难于准确预测负荷增长情况，从而影响电网规划。优化工具必须能够准确评估分布式电源对所在电网的影响，给出并网分布式电源的最优位置和规模，使得分布式电源在电网的逐步渗透过程中不会破坏电网运行的安全性和经济性。此外，机组类型及所采用一次能源的多样化，如何在配电网中确定合理的电源结构，协调和有效地利用各种类型的电源就成为迫切需要解决的问题。

3 分布式间歇供电与电网发展探索

在典型的分布式电源配网构建的基础上，分析分布式电源接入对电网的影响可以从反向电源约束，电压升高，短路电流，稳定性，网络损耗等的角度进一步研究分布式电源与配电网协调发展的技术方案和原理。

与传统电厂相比，分布式电源机组机组类型和所用能源的多样性，输出经常波动，并且受气候和其他自然条件的影响波动较大，有必要研究并构建含分布式电源的典型配电网模型。由分布式发电接入引起的配电网结构和运行的变化也有待进一步探讨。

(1)潮流。分布式电源接入电网后，配电网的电源结构发生了很大变化，配电网的潮流也发生了变化。因分布式电源的技术类型、运行方式和控制策略的多样性和不确定性，其潮流计算模型与传统发电机组模型不尽相同，需研究具有良好收敛特性的潮流算法。

(2)无功优化和电压控制。结合分布式电源本身的无功特性，分析无功补偿设备的相互作用和协调优化。

(3)短路故障分析与继电保护协调。配电网络一般为开环运行、辐射供电和单向潮流，分布式电源并网使得配电网拓扑结构以及短路电流大小、流向和分布发生根本性变化，影响配电网中现有的各种保护设备。通过研究含有分布式电源的短路计算模型，采取合理并网措施可适应现有的保护配置方案，同时改进现有保护策略或新的保护方案和方法以应对分布式电源的接入。

(4)稳定性分析。随着分布式电源渗透能力的提高，需要分析其对系统的功角、频率和电压稳定性的影响。

(5)电能质量控制。分布式发电对电能质量的影响主要体现在电压波动和闪变，过电压，谐波，电压降和电涌等方面，研究合理有效的控制措施和解决方案。

4 结论

分布式电源模型主要体现在目标函数和约束条件。目标优化函数包括电源容量，可靠性，电网损耗，成本(临时)等，而约束条件一般包括潮流、电压上下限、热稳定、短路电流、暂稳、电源(包括分布式电源和变电站)容量约束等。含分布式电源的配电网运行是一个电源电网联合优化协调问题。多目标优化函数的协调，不确定性因素的处理等是研究的难点。

探索典型分布式电源接入配电网技术方案，保证配电网运行安全稳定，利用风、光、储、水等资源的互补特性使电网可靠供电和满足电能质量标准，解决间歇性电源就地消纳和外送，是分布式与配电网协调发展的关键。