分布式发电及其对电力系统的影响

2023-12-20程丽平李烁宇童世成

通信电源技术 2023年18期

詹竞，程丽平，李烁宇，陈虎，童世成，陈博

（国网湖北省电力有限公司超高压公司，湖北武汉 430050）

0 引言

分布式发电技术包括光伏发电、风力发电、生物质能发电等。由于其具备投资小、损耗低、发电方式灵活等优点，得到广泛应用。然而，随着分布式电源接入电网，也带来了新的问题，如配电网电能质量问题、配电网损耗问题等。因此，配电网自动化技术成为实现分布式发电系统智能化管理、提高其运行效率和经济性必不可少的技术手段。

1 分布式发电技术类型

1.1 分布式太阳能光伏发电

分布式太阳能光伏发电是指将太阳能转化为电能，并直接供给用户使用。它将多个分散的小型太阳能发电系统连接起来形成分布式电源，并将多余的电能送入电网，实现自用、余电上网等多种用途。根据不同的光照条件，一个标准的分布式太阳能发电系统每天可以创造20 ～30 kW·h 的能源，足以满足一个家庭的日常用电需求，家庭式分布式太阳能发电系统如图1 所示。

1.2 分布式风能发电

分布式风能发电是指在用户侧建设小型风力发电设备，将风能转化为电能，直接供给用户使用。它将多个分散的小型风力发电系统连接起来形成分布式电源，并将多余的电能送入电网，实现自用、余电上网等多种用途。

1.3 分布式生物质发电

分布式生物质发电是指利用生物质作为能源，通过生物质燃烧或气化等方式，将能量转化为热能或电能，供应给用户使用，并将多余的电能送入电网，实现自用、余电上网等多种用途。根据不同的生物质类型和设备效率，一个标准的分布式生物质发电系统每天可以创造10 ～20 kW·h 的能源[1]。

1.4 分布式微水电发电

分布式微水电发电是指利用水流的能量，通过小型水力发电机组将水流转化为电能，供应给用户使用，并将多余的电能送入电网，实现自用、余电上网等多种用途。

1.5 分布式燃气发电

分布式燃气发电是指利用天然气等燃气作为燃料，通过小型燃气发电机组将燃气燃烧产生的热能转化为电能，供应给用户使用，并将多余的电能送入电网，实现自用、余电上网等多种用途。

2 分布式发电对电力系统的影响

2.1 电网质量影响

分布式发电对电网质量的影响巨大。分布式发电系统的并网可能会导致电网电压波动，特别是在短时间内并网的大量分布式发电系统可能会对电网电压造成较大影响。分布式发电系统中的电子器件会产生电流谐波导致电网电压失稳[2]。分布式发电系统的并网还可能会导致电网存在频率偏差，特别是在短时间内并网的大量分布式发电系统，可能会对电网频率造成影响。此外，由于天气等环境因素影响，分布式发电系统的输出功率会有波动，会对电网功率平衡产生影响。分布式发电系统通常分布在较广的区域内，需要进行远程监控，这对电网质量管理提出了新的要求。

2.2 电网安全影响

分布式发电对电网安全有一定的影响。分布式发电系统的并网可能会对电网电力安全产生影响，如出现电网短路、过电流等故障，需要电网运营商采取措施进行防范和修复。分布式发电系统中的电气设备有可能会出现故障或异常情况，如漏电、过载等，引发火灾事故，因此需要采取安全措施进行防范。此外，分布式发电系统中的设备和线路如果老化，可能出现触电、烫伤等危险，需要采取相应的安全措施，如加装警示标志、隔离保护等。

2.3 电网稳定性影响

分布式发电系统并网可能对电网稳定性产生影响。分布式发电系统的并网会改变电网的负载特性，可能导致电压波动或失稳，影响用户用电质量和电网运行稳定性。分布式发电系统的并网也会改变电网的负载特性，导致电网频率发生变化，影响电网运行稳定性。此外，分布式发电系统的运行模式会改变电网的运行模式，可能影响电网运行稳定性，特别是在高比例分布式发电的情况下更容易产生影响。美国有很多分布式太阳能光伏发电项目，其中纽约市布鲁克林区有一家名为Brooklyn Microgrid 的公司，利用太阳能板在屋顶发电，将多余的电力出售给当地的居民。这种模式能够使得电力的供应更加可靠，并且减少了对传统电网的依赖[3]。

2.4 电网规划影响

分布式发电是指在电力系统中，分散布置在各个电力使用点的小型发电装置，可以有效减少电能传输损耗，提高电力系统的供电可靠性。然而，分布式发电的实施需要考虑电网规划的可行性和经济性。在确定分布式发电接入方式时，需要充分考虑其对电力系统的影响，以确保系统的稳定性和安全性。此外，选择合适的接入容量至关重要。过高的接入容量可能会导致电力系统的过载和不稳定[4]。

2.5 电网运营影响

分布式发电的接入会改变电网的运行模式和管理方式。传统的中央化电源模式逐渐被取代，电力系统逐步向去中心化的分布式发电模式发展，使得电力系统的管理和运行面临着更加复杂的挑战。电网运营商需要针对分布式发电的特点和规模，制定相应的运行管理策略和技术方案，以确保电力系统的高效稳定运行。

3 分布式发电在电力系统中的应用

3.1 网络化分布式发电系统

分布式发电单元是网络化分布式发电系统的基础单元，包括太阳能光伏发电、风能发电、生物质发电、微水电发电以及燃气发电等多种类型的分布式发电单元。网络化分布式发电系统需要建立可靠的通信网络，实现分布式发电单元之间的互联互通和数据交换。此外，网络化分布式发电系统需要建立完善的数据管理系统，实现对分布式发电单元的数据采集、分析和管理，从而为系统优化和决策提供支持。

3.2 配电网自动化技术

配电网自动化技术是指通过智能化、自动化技术对配电网进行监测、控制、保护以及管理，以提高电力系统的运行效率、可靠性和安全性。通过实时监测电力系统各个部分的电流、电压、功率等参数，能够及时发现并诊断故障，保证系统的可靠运行。通过智能化控制技术能够实现对电力系统各个部分的远程控制，包括对发电机组的启停、功率调节、控制负载等。通过数据管理和信息化技术，能够全面管理电力系统，包括对设备运行情况、维护计划、安全监测等方面进行管理。总的来说，配电网自动化技术可以提高电力系统的稳定性、安全性和可靠性，减少故障发生的可能性，提高电力系统的运行效率。对于分布式发电系统来说，配电网自动化技术必不可少，可以实现对分布式发电系统的精细化管理，提高其运行效率和经济性。

3.3 电力系统能源管理技术

3.3.1 负荷侧管理

负荷侧管理主要是通过调整用户用电行为和控制设备的运行方式，实现电力系统的负荷平衡，提高能源利用效率。例如，采用智能电表监测和分析用户用电行为，实现用电峰谷分时段控制，降低负荷峰值，优化供需关系，减少能源浪费和成本。

3.3.2 发电侧管理

发电侧管理主要是通过优化电力系统的发电资源配置和运行方式，提高能源供给效率和质量。例如，采用智能化发电调度技术，实现电力系统的精细化管理，确保电力系统的稳定供电和安全运行[5]。

3.3.3 储能技术

储能技术主要是通过将电能转化为其他形式的能量储存起来，以备后续使用，实现能源的高效利用和优化电力系统的供需关系。例如，采用电池储能技术，将太阳能和风能等不稳定的可再生能源转化为可控的电能，实现能源的平衡利用。

3.3.4 可再生能源技术

可再生能源技术主要是指将太阳能、风能、水能等自然资源转化为可用的电能，实现能源的清洁、低碳和可持续发展。例如，采用光伏发电和风力发电等技术，实现电力系统的可再生能源化，减少对化石能源的依赖，降低碳排放量，保护环境和生态。山东省海光新能源的公司，在当地村庄的屋顶上安装太阳能光伏板，为当地居民提供电力服务。这种方式既能够满足当地的能源需求，还能够为村庄带来更多的经济收益。