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新能源分布式发电并网对整个电网的影响分析


新能源分布式发电并网对整个电网的影响分析
摘要:实现就地能源的开发与利用,减少远距离输电的损耗,一种高效、环保、灵活的 新型发电技术——分布式发电(D istributed G enerat ion,D G)成为智能电网中一项重要的 组成部分,很快成为电力系统新的研究热点。目前,对分布式电源的研究已经取得了突破性 进展, 并且在电能生产中所占比重不断增加。 分布式电源的

广泛应用将对传统的电力系统产 生极大的影响,包括配电网的电能质量、系统可靠性、继电保护等方面通过研究分布式电源 对配电网电能质量的影响将更好的指导我们如何充分发挥分布式电源的优势。 关键词:配电网;分布式发电;并网;电能质量 1、引言 按照分布式发电使用的能源是否再生, 可以将分布式发电分为两大类。 一类是基于可再 生能源的分布式发电技术,主要包括:风能发电、太阳能光伏发电、生物质发电、地热能、 海洋能、生物质能等发电形式;另一类是使用不可再生能源发电的分布式发电,主要有:内 燃机、微型燃气轮机、燃料电池、热电联产等发电形式。目前几种主要的分布式发电形式及 特点: (1)风能发电 将风能转化为电能的发电技术。风能蕴藏量巨大,可再生,分布广,具有明显的环保效 益。且发电成本低,规模效益比较显著。风能发电技术已经发展得较为成熟。风力发电形式 有并网型和离网型两种。 其中并网型风力发电是大规模开发风电的主要形式, 是近年来风电 发展的主要趋势。离网型风力发电可以为偏远地区或无电网的地区提供电能。 (2)太阳能发电 目前应用较多的是太阳能光伏发电技术。 其原理是利用半导体材料的光电效应直接将太 阳能转化为电能。 目前太阳能光伏发电的成本太高, 但是光能是取之不尽用之不竭的清洁能 源,而且不受地域限制,发电装置安全可靠,规模灵活,其发展前景仍然被广泛看好。 (3)生物质发电 生物质发电是利用生物质,例如:秸秆、垃圾、沼气、农林废弃物等,直接燃烧将生物 质能转化为电能的一种发电方式。它是一种可再生能源发电,其发电成本低,容易控制,环 保综合利用效果好。但电能转换的效率低,生物质燃料供给较困难。生物质发电的容量和规 模受到限制。

(4)微型燃气轮机发电

以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机发电技术。其发电效率较高,且 体积小、质量轻、污染小、运行维护简单。 2.分布式发电的优势 DG 技术可用发电的余热来制热、制冷,因此能源得以合理的梯级利用,从而可提高能 源的利用效率(达 70%~90%),此外还可降低初投资费用和网损。 (1)环保性 因其采用天然气做燃料或以氢气、太阳能、风能为能源,故可以缓解石油、煤等不可再 生能源的供给压力,可以减少有害物的排放总量,减轻环保的压力;大量的就近供电减少了 大容量远距离高电压输电线的建设, 由此不但减少了高压输电线的电磁污染, 也减少了高压 输电线的征地面积和线路走廊,减少了对线路下树木的砍伐,有利于环保。 (2)能源利用的多样性 分布式发电可利用多种能源,如洁净能源(天然气)、新能源(氢)和可再生能源(风能和太 阳能等),并同时为用户提供冷、热、电等多种能源应用方式,因此是解决能源危机和能源 安全问题的一种很好的途径。 (3)提高供电可靠性 在建设大型电厂的趋势有增无减之时, 电网的急速膨胀对供电的安全与稳定带来很大威 胁,一旦电厂和输电干线发生故障将导致大面积停电。DG 采用性能先进的控制设备,开停 机方便、操作简单、负荷调节灵活、与大电网配合可大大提高供电可靠性,弥补其安全稳定 性方面的不足,在电网崩溃和意外灾害(地震、暴风雪人为破坏、战争)情况下可维持重要用 户的供电。分布式供电还可以优化现有电网的结构,完善大电网分层分区体系,提高大电网 稳定性和事故防御能力。 3 分布式发电并网的影响 3.1 对网损的影响 分布式发电 DG 可能增大或减少网损,这取决于 DG 的位置、容量、负荷量的相对大小 以及网络拓扑结构等因素。在负荷附近接入 DG 将使整个配电网的负荷分布发生变化: (1)配电网中所有负荷节点处的负荷量均大于该节点 DG 的发电量时网络所有线路的损 耗减小。 (2)配电网中至少有一个负荷节点处的负荷量小于该节点 DG 的发电量,但整个配电网 的总负荷量大于所有 DG 的发电总量时可能导致某些线路的损耗增加, 但总体线路损耗将减 小。

(3)配电网中至少有一个负荷节点处的负荷量小于该节点 DG 的发电量,且总负荷量小 于所有 DG 的发电总量时,若发电总量小于 2 倍的负荷总量,则 DG 影响与②相同,否则将 增加网损。 3.2 对电压分布的影响 在传统配电网中,随着负荷的变化,系统电压也会出现波动。分布式电源接入后对电压 的影响可以分为以下三种情况: (1)当分布式电源输出量的控制可以随着负荷的变动而调整时,分布式电源的接入可以 有效地改善系统电压波动的状况; (2)当接入的分布式电源的输出量具有较大的随机性和波动性(比如风力发电、太阳能光 伏发电等不可再生能源),此时分布式电源的出力更加难以控制,可能会加重系统电压波动 的状况: 3.3 对系统保护的影响 由于分布式电源的接入可能导致双向潮流, 并且一些分布式电源(如风电)出力的随机性 和波动性将导致其频繁的投切,这些都对传统的继电保护产生极大的威胁,主要 体现在以下几个方面: (1)对于继电保护中的电流保护,在未接入分布式电源之前,当线路发生故障时,继电 器可以通过检测到故障电流及时动作; 在分布式电源接入以后, 系统潮流的大小和方向都可 能发生变化, 进而可能和故障电流叠加后使流过继电器中的电流减少, 继电保护因此可能失 效,甚至可能出现保护的死区。 (2)分布式电源一般安装在母线上,当母线附近区域发生故障时,分布式电源的出力可 能使得所在线路继电器检测到的电流火于继电保护的整定值, 进而发生误动作, 引发无故障 跳闸。 (3)分布式电源对自动重合闸的影响。电力系统中的故障大多数是瞬时的,因此自动重 合闸装置可以有效地对因为瞬时故障而跳开的线路断路器重新合闸, 从而大大增加了供电的 可靠性。当分布式电源接入以后,当线路发生故障跳开时,如果分布式电源继续向故障点供 电,就有可能造成持续电弧,导致绝缘子击穿,自动重合闸失败。 3.4 对电能质量的影响 分布式发电 DG 并网对配电网的电能质量影响主要体现在: (1)造成系统的电压闪变:DG 的起动和停运与用户需求%气候条件等众多因素有关,其 不确定性易造成配电网明显的电压闪变;同时,若 DG 输出突然变化,DG 和反馈环节的电 压控制设备相互影响也易直接或间接引起电压闪变;

(2)对系统产生谐波污染:基于电力电子技术逆变器的开关器件频繁开断易产生开关频 率附近的谐波分量,对电网造成谐波污染; (3)会对系统电压的波动,进而影响用户电器设备的稳定性能。 3.5 对电网可靠性的影响分布式发电 DG 对电网可靠性的影响要视具体情况而定: (1)系统正常工作时与配电网配合良好的 DG 可缓解配电网的过负荷和网络堵塞,增加 其输电裕度,同时可缓解电压骤降,增强对配电网的电压调节能力,减少其损耗;DG 作为 后备电源, 在系统停电时仍可为用户提供电源以减少其停电时间, 有利于提高配电网的可靠 性水平。 (2)与配电网系统保护设备配合不好时 DG 可能使相连接的系统保护设备误动作,同时, DG 安装地点不适当、容量和连接方式也会降低配电网可靠性。 4.结束语 随着分布式发电技术水平的提高、 各种分布式电源设备性能的不断改进和效率的不断提 高,分布式发电的成本也在不断降低,分布式发电的应用范围将不断扩大。目前,这种电源 在我国仅占极小比例, 但可以预计未来的若干年内, 分布式电源不仅可以作为集中式发电的 一种重要的补充, 还将在能源综合利用上占有十分重要的地位。 因此解决分布式发电主若干 主要问题,使分布式发电(电源)系统将获得迅速发展,是一首要任务。


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