分布式发电及其对电力系统的影响分析

2022-07-07费云婷

电子技术与软件工程 2022年5期

费云婷

（国网安徽省电力有限公司青阳县供电公司安徽省池州市 242800）

在经济带动下，工业技术快速发展，能源危机全球化趋势明显。在这样的背景下，传统燃料的短缺情况加剧，环境污染问题严重。新时期，可再生资源技术应用广泛。面对电力紧张局面，以可再生能源为能量稳定性较高的分布式发电，备受业界关注。相较于集中式发电，这种新形态发电技术投入低，同时运用方式灵活，发展前景广阔。当前分布式发电技术，融合了风能、光伏发电优势，已成为流行趋势。基于此，文本将对分布式发电影响细致剖析，并得出分布式发电的发展策略。

1 分布式发电的实现原理

分布式发电兴起时间晚，属于先进的理念，相较于集中式供电，这种供电形式会更贴合用户需求。分布式发电，主要采取分布设置方式，即在用户数区域内完成优质电源的安装，同时调控好发电的容量，借助容量调节，对指定区域内的用户提供满意用电服务，将其作为集中式发电补充。实践证明，这种发电形态意义显著，值得大面积推广。分布式发电的实现，需掌握用户实际需求，在用电需求深层次剖析和综合评估基础上，尝试采用灵活用电设计，确保分布式发电效果理想，提高供电针对性。研究发现，发电运行模式中，主要形态有两种，一种是并网；还有一种是孤网。孤网模式较为特殊，总体特征是与其他电网不连接，这是其显著特征，从性质上来看，孤网属于自治系统（分布式发电的），同时匹配度较高，可实现需求有效调整，应用水平理想。而并网模式，实质是依托完整的并联手段，将电网框架重新梳理，完成电网负荷调节，可确保用电高峰期内，电网供电的持续稳定。研究发现，当前供电形式较固定，依托的手段为集中电网系统，随着社会化程度提升，电力需求与日俱增。在这样趋势中传统的发电方式，造成发电水平较低，无法达到现代化发展的用电供给要求，基于此，加强发电方式研究，合理控制能源消耗，优质提升电能质量，是现代社会讨论重点。为了改善现状，分布式发电以其优势脱颖而出，在新的供电模式保障下，可实现长远距离运输，借助合理机制维护，保障随时随地发电，在此前提下，科学节约土地资源，减少噪音、辐射等，提高电网应用水平。

图1：分布式发电系统结构

2 分布式发电技术分析

2.1 燃料电池发电

通过系统分析可知，燃料电池发电属分布式发电基本形态，具体工作思路是将燃料电池作为持续发电的能源，这种技术手段，是存储设备的积极创新，借助化学反应，可优质达成化学能转化，促使电能的生成。燃料电池密度高，除了阴极和阳极部分，还囊括了众多电解质，其原理的实现主要为化学反应下，借助科学手段，将电子转化成离子，在综合措施保障下，确保电池持续发电。想要持续发电，不断的供应催化剂是连锁反应基础性保障，综合下来成本较低，适用于特定行业。燃料电池发电效率并不是固定值，其实就是能量转换效率，用公式表示为：输出电能/输人能量×100%。

2.2 风能发电

风力发电应用优势强，主要是将风能转化，该技术应用成本较低，同时低耗能的特点鲜明，推广效益极高。风能是可再生资源，借助技术手段将其转化，可有效提高环境效益，满足节能环保需求。现阶段，风力发电推广范围大，属于重要发电形式。风力发电技术要求高，主要有并网和离网不同方式。考虑到自然风的影响，所以风能发电技术还是比较依赖于并网形态。并网型系统，即在发电厂中借助多个性能稳定的大容量风力发电机组，在其共同作用下构成风场，这样就可以凭借制作的风力，促使桨叶转动，不断积累动能，同时将积累的动力势能转化，最终得到稳定的电能。总而言之，风力发电技术要求高，并网技术是其重要依托，不容忽视。

在风能发电技术使用中，想要全面掌握风电场情况，就要搭建详尽的风速模型，其模型的修正公式如下：

2.3 光伏电池发电

最近几年，在科技的引领下，光伏电池使用面较广，渗透领域增多。光伏电池发电技术是新型发电技术的代表，应用价值较高。其技术原理简单，主要是将太阳能转化，在科学路径中将太阳能升级为电能，经实践论证，这种手段较贴合低碳环保理念，可以成为电力系统优质打造的主流能源。在分布式发电中，想要达到理想转化率，避免发电资源的浪费，需借单晶硅等半导体，在严谨的技术线路指引下，实施优质电能的转化。光伏电池发电除了供电稳定，采用优质新能源外，还可实现优质存储，白天的太阳能可通过科学路径存储，到晚上再使用，这样的技术实现方式，提高了资源利用便捷度，电力资源利用率也大幅增长，减少了浪费的情况。光伏电池发电原理图如图2所示。

图2：光伏电池发电系统

分布式发电灵活性高。应用期间，分布式发电重要节点的设置较为分散，各个区域范围规模小，所以灾害事故不易显现，比传统发电系统，可靠性、保障性更强。分布式发电兼容性好，具有高经济性特点，在实施分布式发电阶段，想要保障效果，需充分参照用户需求，在此前提下进行供电区域设置。分布式发电，可以确保小的电力传输距离，这样在电力传输中消耗问题会有所缓解。再加上，发电阶段占据空间小，投资也比较少，可节约建设成本，提高资源利用率同时，实现供电效益最大化。

3 分布式发电的影响

3.1 对网架电压的影响

经研究发现，分布式电源接入后，会增强配电网的供给能力，影响电力系统的应用。分布式发电的技术渗透，会转变电力系统结构，使之出现一定的改变，主要体现在电力方向和大小上，其中网架电压影响较突出。随着分布式发电源的加入，会促使电压的增大。传统网架控制电压，想要维持稳定性，只需通过简单操作即可。但接入分布式发电源后，网架电压波动会相对明显，导致控制难度升级。

（1）影响接入回路。分布式发电接入多，意味着容量会变大，从而造成网架电压影响变大。

（2）在网架节点接入时，需高度关注节点用户情况，因为节点用户用电情况不出意外会被限制，再加上节点分布广，所以影响程度难估算。一般情况下，受法拉第效应作用，会促使首端电压抬升（主要线路的），所以接入分布式发电时，需辅助相应的措施，维持电压的稳定。

由此可以看出，在实操阶段，需精细控制各项要素。不仅容量控制手段要强，避免其对电压分布影响，弱化其影响效果，还要重视接入位置的影响范围。事实证明，接入位置的不同，也会改变影响程度，这一点毋庸置疑。使用期间，为了强化应用效果，不断缩小影响面，就需实施动态化管理，降低对网架电压的影响。如果分布式电源电压，受到了用户的限制，为了电压的后续稳定，需实施针对性调节，合理思路是利用节点去调节电压，提高电压维稳效果。总而言之，分布式电源的存在，会优化电网性能，同时也会造成电网波动，其影响是潜移默化的。一般常规接入后，会在DG呈现正常数值的有效性前提下，减少无功功率。

3.2 对继电保护的影响

以往配电系统中，倘若有隐患出现，短路电流将会呈现出单一流向形态，从电源流向故障区。配电系统较为特殊，主要为放射状结构，在实际作用期间，可提高电力运行质量，提高操作简单性，同时加强电流保护经济性。但接入分布式电源后，该配电系统结构将会呈现不同变化，覆盖整体电源同时，形成网状结构模式，这种结构模式可充分连接电源与用户，组建完整的体系，引起潮流特征变化。基于此，可总结出在继电保护中，分布式发电的影响。

（1）DG运用过程中，在多种因素影响下，会使电力系统继电保护失衡，安全保护功效失去，丢失掉了应有效果。主要源于DG在运行时，会诱发故障电流，受到故障电流影响，会不断弱化流经馈线继电器电流，使其流量大幅减小，在此前提下，造成继电保护失效，为电网运行埋下隐患。

（2）通常情况下，DG接到电力系统后（特指配电网中），可能会形成误操作。一些特殊情况下，会加剧馈线周边的故障情况，接连造成误跳闸。针对上述情况，如果想提升故障水平，维护好系统性能，则需要升级开关设备，提高开关运用能力。

通过研究发现，在发电厂电力系统中，形成的二次回路作用显著，其能否正常发挥作用，将关联着继电保护性能，同时影响着电力系统的安全，现实中二次回路隐患排查需高度重视。结合实际可知，出现二次回路故障，就会诱发继电保护隐患，系统将会丧失灵敏性，同时无法敏锐捕捉系统运行信息，第一时间掌握电压情况等。长期处于这样环境中，也就无法判断系统危险，分布式电源接入后，易出现拒动或误动问题，从而影响系统运行。现实应用中，为了确保分布式发电应用稳定，需对继电保护运行机理实施周密分析，同时完成故障统计，针对二次回路落实好全面的故障排查，在此基础上，维护电力系统稳定。图3为继电保护二次回路的组成情况。

图3：继电保护二次回路组成

通过对图3的观察，可知继电保护为此回路由多种元件构成，而不同元件发挥着不同的作用。各个元件的功能，如同时充分发挥，则会使继电保护运行。

3.3 对电能质量影响

分布式发电应用，除了对继电保护、网架电压存在影响外，还会影响电能质量。电力系统中电能质量非常关键，是有效的参考依据，囊括了电压质量、电流等内容，同时还会诱发用电质量问题。首先影响电压波动的诱因是在大型分布式发电运行阶段，分布式发电电压控制设备会彼此干扰，促使电压非常不稳。其次是谐波污染。现实应用中，整流电路技术应用，以及优质的逆变电路技术开展，需匹配大量的设备，例如：整流器、调压装置等。这些设备的共同使用，会形成谐波产生源，影响电压的平稳。通常情况下，谐波会弱化电网保护，随着转换器的数量加设，会不断降低谐波影响，进而让电能质量下滑。此外，电压闪变问题会变多，在分布式电源影响下，导致输出功率变化。

4 分布式发电保护技术

通过上面影响分析可知，分布式电源使用后，会形成诸多方面的影响，降低固有系统的稳定性。为了改善这一问题，提高供电系统的效率，需充分运用分布式发电配套的保护技术，优化分布式发电应用成果，提高技术的应用价值。具体措施如下。

4.1 运用三段式电流

现实中，开展三段式电流保护方案，可从源头实现瞬时电流速断保护，避免设备性能下降，通过对瞬时电流速断各项参数的调整，特别是速度的控制，完成相关的定时保护，提高保护的有效性，消除电网应用隐患。同时，运用三段式电流，还可以保护储能电池，结合配电网络情况，进行优质配电运转保护。在各种保护机制下，解决系统故障问题，利用瞬时动作拦截，提高系统利用率，确保故障拦截成功。需要注意的是：现在这种方案之下，虽可以实现瞬时电流速断保护，但却很难实现全部线路综合保护，在其应用中需搭配其他技术手段。

4.2 反时限过电流保护

除了采用三段式电流外，还可以借鉴反时限过电流保护的思路。反时限过的电流保护，应用效果较佳，值得合理的推广。实践中，这种方法运用能够兼顾故障解除，提高故障解决实效性，进而优化分布式发电方案，提高方案合理性。主要工作原理在于：保护工作启动，可确保闸装置自动重合，在此基础上，营造完整供配电系统，进而满足用户需求。

4.3 及时切除线路故障

想要实施精准的分布式发电保护，还要做好线路故障切除，提高供配电系统效率。当前社会的发展，离不开电力的输送，基于此，分布式发电方式运用，可强化供配电保障工作，降低故障工作负面影响。在不同的母线中，一旦形成其他故障时，需确保独立供电的理想化程度，既能够在特定线路中，运用高效手段，将故障线路切除。与此同时，通过降低瞬时电压，完成优质的故障切断，加强与电网主网中各项指标和服务的反孤单策略。在系统运行期间，防止电力孤岛的发生，确保电力系统自动并且有效解列，形成稳定的电网运转保护，确保平稳与安全。

4.4 智能变电站继电保护

在科技的引领下，智能变电站技术作用空前，呈现出较强优势。针对分布式电源接入后，会造成电力系统紊乱问题，除了及时切除线路故障，采取反时限过电流保护外，还要发挥智能变电站继电保护作用。站在实用功能的角度，现实中的智能变电站，其中间隔层作用显著，主要利用计量、测控等，直接操控一次设备，从而高效、全面收集信号，在此基础上，把相关信息传输，让信息抵达站控层，这样便可以进行严密保护。实践环节中，为了强化保护效果，需采用“直采直跳”实时保护。研究发现，“直采直跳”这种模式带来的效果十分理想，作为可靠的继电保护模式，实用性、可靠性较强。在该模式实施期间，光缆负责采集信号，这是中心模块，起到重要支撑作用。同时将信号传输出去，确保电网的稳定，而智能终端采用的是控制电缆，这样可以有效消除分布式电源带来的风险，提高供电质量的同时，保障分布式电源实际应用效果，增强用电可靠性。“直采直跳”保护系统原理图，如图4所示。

图4：“直采直跳”保护系统原理图

5 技术应用优势分析

结合现实可知，分布式发电优势较强。首选，实际应用中，分布式发电适应性强，可根据不同用户需求完成高效、平稳发电，作为集中供电有偿补充，可确保整个供电阶段的平稳性，从源头规避传统供电弊端，弥补集中供电的不足，减少电力瘫痪的隐患。其次，分布式供电不仅高效，而且安全性极佳。通过实践证明，分布式发电接入电网，会提升诸多的便利性，在分布式发电保障下，可提高电网可靠性，实现优质、平稳供电，降低用电中断可能性。分布式发电环保型特点鲜明，比较贴合新时期要求，在能源紧缺今天，分布式发电值得推广。研究发现，应用太阳能、风能，可降低能源能耗，从源头依托科学路径实现生态环保。在电能输送过程中，分布式发电实现，需借助低压输电线路，运用这样的路径，可降低电磁污染，从而强有力保护生态，防止周围植物被破坏。在新的供电模式保障下，可实现长远距离运输，保障电力随时随地发电，提高电网应用水平，科学节约土地资源，同时实现减少噪音、辐射等效果。