分布式能源接入配电系统的规划与运行策略

周 鑫，郭冰珂

（国网陕西省电力有限公司蒲城县供电分公司，陕西 渭南 715500）

0 引 言

分布式能源因其清洁、高效、灵活等优点在全球范围内得到了广泛的关注和应用。然而，随着分布式能源的大规模接入，配电系统的规划与运行也面临新的挑战。如何规划和运行新型的电力系统，以提高系统的运行效率、可靠性和经济性，是当前电力系统领域的重要研究方向。

1 分布式能源的概念和分类

分布式能源，也被称为分散式能源或近端能源，是一种新型的能源构成方式。其基本原理是在电力需求点或近电力需求点利用各类小型化的发电设备或能源系统，就地生产，就地使用，就地调节，如图1 所示。与传统的中心化能源系统相比，分布式能源可以有效地提高能源利用效率，减小能源输配损失，增强电网稳定性和可靠性。

图1 分布式能源

分布式能源种类多样，可以根据不同的划分标准进行分类。首先，从能源类型来看，分布式能源可分为可再生能源和非可再生能源2 类。其中，可再生能源主要包括太阳能、风能、生物质能以及水能等；非可再生能源主要包括天然气、煤炭、石油等。其次，根据技术类型，分布式能源可划分为分布式发电技术、热电联产技术、储能技术以及智能电网技术等。再次，从规模上考虑，分布式能源可分为微型、小型和中型等，通常指装机容量在几十千瓦至几兆瓦[1]。最后，根据用途，分布式能源可被划分为电力供应、热力供应、冷却供应以及运输燃料供应等。

2 分布式能源接入配电系统的规划

2.1 分布式能源接入配电系统的基本原则和要求

在规划分布式能源接入配电系统时，需要遵循一些基本的原则和要求。这些原则和要求对于确保系统的高效、可靠、安全及经济运行至关重要。

首先，系统规划应以提高能源利用效率为目标，这属于分布式能源接入配电系统的核心目标。通过就地生产、就地消费、就地调节，可以有效降低能源输配损失，提高能源利用效率。

其次，系统规划需要考虑配电系统的稳定性和可靠性。分布式能源的接入可能会对配电系统的运行产生一定影响，因此在规划过程中需要充分考虑到这些影响，确保系统接入分布式能源后仍能稳定、可靠地运行。

再次，系统规划需要尊重市场机制，合理确定分布式能源的价格和费用。市场机制是调控分布式能源发展的重要手段，只有通过市场机制，才能真正地激发分布式能源的发展潜力，推动其与传统能源的融合。

最后，需要注重环境保护和社会效益。分布式能源接入配电系统不仅可以提高能源利用效率，降低碳排放，而且能带动相关产业的发展，提升社会就业率，因此在规划过程中应充分考虑到这些因素。

2.2 分布式能源接入位置和容量决策

分布式能源接入位置和容量决策是一个复杂且至关重要的问题。理想的分布式能源接入位置不仅要考虑资源条件和电网情况，还要充分考虑当地的能源需求。分布式能源接入位置如表1 所示。

表1 分布式能源接入位置

由表1 可知：在工业园区接入分布式能源具有一定的优势，该地区不仅拥有丰富的风能和太阳能资源，而且电网情况良好，可以容纳大规模的分布式能源接入，工业园区的能源需求量较大（30 MW），在设计分布式能源系统时，要充分考虑其产能和稳定性；商业中心和住宅小区，其电网负荷较高或电网扩展性良好，分别需要智能电网技术支持分布式能源接入或接入小型的分布式能源系统；公共设施如学校、医院，其电网稳定性要求高，接入分布式能源系统时，需要配备能源储存设备，以确保在能源产生波动时，仍能保证电力供应的稳定；对于农村地区，其电网覆盖不全，可能需要建立独立的微电网系统来满足能源需求，生物质能源作为一种丰富且可再生的能源，可以被考虑用于分布式能源系统[2]。

2.3 分布式能源接入配电网的技术问题和解决策略

在现实操作中，分布式能源接入配电网的实施面临着一系列技术挑战，其中首要的问题是配电网络稳定性和安全性的维护。由于分布式能源的不确定性和间歇性，使得其接入可能会对电力系统的稳定运行带来一定程度的影响。例如，当发生突然的功率变化时，可能引发电压波动，而如果过多的分布式能源接入，也可能给配电网络带来过载的风险。

分布式能源的接入对电网保护提出了新的挑战，主要体现在传统的保护装置可能无法准确和快速地判断和清除由分布式能源接入而引起的故障。这对于电网的安全运行构成了潜在的威胁，配电人员需要重视起来，并采取积极的解决措施。

首先，对接入的分布式能源进行严格的控制和管理非常必要。在此过程中，需要制定合理的接入策略，帮助配电人员更好地控制分布式能源的接入，避免出现过度的负荷。此外，实施动态容量管理方法非常有效，它能够保证电网的运行在一个较为稳定的状态。

其次，使用先进的预测技术和控制策略有助于减小分布式能源的不确定性和间歇性对电网的影响。预测技术能够帮助配电人员准确地预测分布式能源的产出，这对于配电人员制定接入策略和管理电网的运行起到关键的作用。而控制策略则可以帮助配电人员在面临突发情况时，能够快速地做出反应，保证电网的稳定运行[3]。

最后，通过引入新型的保护装置和保护策略，能够有效地提高电网对分布式能源接入的适应性。例如，故障定位、隔离和供电恢复系统有助于快速地定位和隔离故障，以及恢复供电。同时，自适应保护装置则可以帮助配电人员快速地适应分布式能源的接入，有效地保护电网的安全。

3 分布式能源接入配电系统的运行策略

3.1 分布式能源接入配电系统的运行模式和控制策略

分布式能源接入配电系统的运行模式如表2所示。分布式能源接入配电系统的运行模式主要有集中控制、分散控制和混合控制3 种模式。根据表2 可以看出，在运行模式的选择上，这3 种控制模式各具特点。

表2 分布式能源接入配电系统的运行模式

集中控制模式由中央控制中心统一进行生产、调度和控制，其主要优点在于可以进行全局的能源管理和优化。但是，该模式下，系统对局部问题的快速响应能力较差，尤其是在突发事件发生时，可能会对系统运行造成一定影响。

分散控制模式下，每个分布式能源设备都配备有自己的控制器，处理自身的能源问题，能够实现对各局部问题的快速响应。其缺点是难以实现全局的能源优化，可能会出现资源浪费或供需不平衡等问题。

混合控制模式结合了集中控制和分散控制的优点，部分任务由中央控制中心处理，部分任务由分布式控制器处理，既可以实现全局的能源优化，又可以对局部问题进行快速响应。然而，这种模式对系统的设计和运行要求较高，需要精细的协调和控制，同时增加了系统的复杂性，对操作人员的要求更高[4]。

3.2 分布式能源接入配电系统的优化运行策略

对于分布式能源接入配电系统的运行策略优化，这无疑是一个复杂且至关重要的任务，其中涉及如何精确调度和有效控制各个分布式能源系统，包括但不限于风电、太阳能、储能设备等，以达到最佳的运行效益。这种优化策略的主要目标不仅包括提高系统的运行效率，降低系统的运行成本，还要保证系统的稳定性，始终满足电力需求。

首先，必须对各个分布式能源系统的运行性能进行实时精确的监控和深度分析。通过采集和分析大量的数据，可以全面了解每个系统的运行状态、能源输出情况以及对整个电网的具体影响。这些关键信息为制定具有针对性的运行策略提供了基础。

其次，借助先进的优化算法和控制策略，如遗传算法、粒子群优化、模糊控制等，制定最优的运行策略。这些策略应能够根据电网的实时需求以及各个分布式能源系统的运行状态进行灵活调整，优化各个系统的输出，以实现整个系统的最优性能[5]。

最后，优化运行策略需要充分考虑到系统的稳定性和可靠性。当系统出现故障或者运行异常时，必须能够迅速、及时地调整运行策略，确保系统的稳定运行，防止出现连锁反应。

4 结 论

文章深入剖析了分布式能源的定义及种类，接着研究了分布式能源接入配电系统的规划方案，如接入基本准则、接入位置和容量决策以及面临的技术难题及其解决方式，并提出分布式能源接入配电系统的运行模式、控制策略以及运行策略的优化方法。虽然现实环境中分布式能源接入配电系统的规划和运行策略面临诸多挑战，但是通过精心设计与适当的控制策略，可以在满足电力需求的同时实现经济和环保的双赢。随着技术的发展和实践经验的积累，有信心能更好地解决这些问题，推动分布式能源的广泛应用。