分布式供电技术在现代电力系统中的运用

丁 静

（国网江苏省电力有限公司 东台市供电分公司，江苏 东台 224200）

近年来，我国经济步入高速发展阶段，随之而来的环境问题也日益突出，能源作为社会发展过程中不可或缺的重要组成部分，其与各行各业息息相关，各项先进的技术不断涌现，其中分布式供电技术越来越成熟。与传统电力技术相比较，分布式供电技术能够有效克服与改善传统电力系统中存在的不足之处，确保电力系统安全稳定运行，将其与传统电力系统有效结合是当前电力建设过程中所面临的重难点问题。

分布式供电技术指的是独立于大电网靠近终端用户侧的分散小规模供电系统，分布式供电系统种类烦琐，且大多数都是50 MW以下的发电设备[1]。与一般的大电网供电系统相比较，其具备以下突出特点。（1）建设过程比较简单，前期投资成本较低，效果良好，多以风能、太阳能等清洁可再生能源为原料，投资与安装的成本比较小，过程便捷；
（2）和用户端相近，配电也更加方便，输电过程中损耗低，可直接就近供电，有效避免在长距离输送过程中导致线损；
（3）利用率更高，分布式能源供电能够针对分布式电源的特征，合理控制电源的实际运行过程及方式，从而实现电力能源梯级利用；
（4）燃料更加多元化，且具有良好的环保性，供电系统充分利用清洁能源，在运行中几乎不会产生严重污染，发电等级也更低，电磁污染也更小；
（5）运行更加灵活，安全性与可靠性更高。分布式电源系统自身为单机容量，且比较小，具有独立性特征，一旦出现故障，相互之间也不会产生太大的影响，因此供电可靠性也更高[2]。

2.1 类 型

分布式电源大多数都是规模较小的电源，且多分散，针对发电过程中运用的燃料可进行细致划分，包含太阳能、风能、生物能以及微型燃气轮机等。（1）微型燃气轮机作为一种新型技术设备，主要燃料为汽油、丙烷、天然气等，是一种小型热力发动机，功率范围为20～500 kW，整体效率较低，但能够实现互联运行，大大提高了能源利用率，同时具备一定的可操作性与连续性，是当前最具潜力的分布式电源类型之一[3]。其原理如下：空气在离心式压缩机作用下逐渐转换为高压气体，经过预热之后可作为氧化剂，慢慢进入到燃烧器中，和燃料混合进行燃烧，经过燃烧后的高温燃气可作为动力进一步推动涡轮机工作，并带动发动机进行发电。涡轮机在进行做功之后会排放余热，可利用热交换器向外部供热，这样可实现能源的多元化利用与热电联产。（2）太阳能发电的基本原理实际上和热发电比较类似，只是通过集热器慢慢收集太阳能，通过半导体材料可将太阳能逐渐转化成电能。太阳能发电技术越来越成熟，且几乎不会受到地域因素的限制和影响，建设过程更加灵活、无污染，具有广阔的发展前景。当前我国太阳能电池的产量正在逐年增加，但是其也会存在能量密度比较低以及受到气候等方面因素的影响，前期的投入成本也比较低，这些也是当前研究与发展的主要方向。（3）风力发电主要是利用风电动力装置，将风能转化为电能。当前比较先进的风力发电系统效率高，且可优化，可最大程度上充分利用风能。大中型风电机组发电已经是当前主要发电形式之一，但其整体可靠性还有待提高，这也是阻碍其大规模发展的关键性因素。（4）生物质能发电主要是对生物质加以转化，使其成为电能，驱动发电机运行，根据一般常规发电技术完成发电。生物质能近年来得到了快速发展，并被广泛应用于各个领域中，其总量也比较丰富，在我国很多山区或农业地区具有广阔的应用前景[4]。

2.2 现 状

当前，分布式发电的整体规模比较小，用于发电的各类资源类型极其丰富，同时对现场环境的整体要求也不高，能够独立运行，也可以和大电网之间互联运行，被广泛应用于比较偏远的山区或者乡村，这些地区大电网无法覆盖，互联网运行模式更多用于电网负荷的不断增长。近年来，随着分布式发电技术的快速发展，其已经逐渐成为学校、工厂以及企业等多个领域首选的独立供电方式，在西方国家已经成为主要供电来源之一[5]。

3.1 对电能质量的影响

3.1.1 系统电压波动受到的影响

系统配电网中，有功与无功负荷的不断变化会导致系统的电压出现波动，其在末端的表现更加突出。分布式电源相对更加靠近用户端，并网运行则会对系统的电压产生波动，体现在以下方面。该分布式电源具有较高的灵活性，可对大电网超负荷运行起到协调的作用，减少电压波动。能源运行存在较大的局限性，如风力发电过程中，因输出有功功率主要受到风速快慢因素的影响，其整体可操控性比较差，无法和整体电网协调运行。

3.1.2 谐波问题

分布式电网并网运行过程中也可能会存在谐波问题，每个分布式电源自身便是谐波源，而其中的部分电力电子器件也可能会导致谐波，因此需要充分考虑该问题，安装恰当的滤波器，从而不断提高电力能源质量[6]。

3.2 对电力系统安全性的影响

分布式电源接入会对电网的安全性与可靠性产生极大的影响，其作为备用电源，能够提升电网输电裕度。合理的电源布置与电压调节方式具有低压穿越能力，当系统出现故障时，也可以继续运行，从而提高电压的整体调节性能。分布式电源一旦出现故障，系统则会被切断，进行连接的线路故障一旦重合，则会加快系统电压的跌落速度。若电源未及时被切断，则很容易触发误动作，导致设备受损，线路无法得到及时修复，不能正常运行，延长故障时间，从而严重威胁系统的运行安全稳定。除了以上各种不利因素外，安装位置、容量以及连接方式等不合理也可能会对系统产生不同程度的负面影响[7]。

3.3 对系统继电保护的影响

分布式供电系统在运行过程中会使得电网结构逐渐变化，继电保护装置自身的灵敏度也可能会慢慢降低，保护范围不断缩小，故障点如果出现在母线周围，分布式电源接入则可能会导致线路检测故障电流值高于整定值，这样容易引起误动作，从而出现跳闸事件，也会直接影响发生故障之后的重合闸。在接入到配电网后，出现故障时，孤岛也极其容易造成线路发生误动作，重合闸会失去快速恢复的能力，且导致事故的进一步蔓延[8]。

4.1 对不断变化的负荷预备

在配电网系统运行过程中，大多数情况下，分布式电源都属于备用电源，受到多方面因素的影响，可使用多样化可再生资源，并形成发电，充分利用储能设备，发挥可再生资源的作用，确保系统能够安全稳定运行。

4.2 有效改善配电网电能质量的形成

配电网中，可通过分布式电源系统提高电能质量，这也是今后的主流发展趋势。近年来，随着人们的生活方式逐渐发生改变，对于设备的应用和综合要求也在不断发生变化，对于电能质量的要求越来越高，因此要求电压波形畸变程度、电压幅值波动要尽可能控制在合理范围内，电力的稳定性更高[9]。就目前现状来看，电网系统依然需要持续改进和优化。由于配电网包括了无功储备与有功储备，可能会造成电能质量较低，因此使用分布式电源，可进一步提升供电可靠性与稳定性。

从目前应用的技术来看，想要实现以上目标，就必须要解决以下问题。（1）配电网在规划环节中和输电网络有很大的区别，传统配电网络基本上都为辐射型网络，且不会存在电源规划等问题，分布式电源系统的出现导致存在一系列的电源规划问题。分布式配电网中应充分考虑不同类型的分布式电源容量以及技术需求，同时还需要充分考虑到负荷性质，在协调运行的基础上保障分布式配电系统能够最大程度上发挥自身的综合价值。除此之外，保障分布式电源配置的合理性，也能够最大程度上减少工作状态下的损耗，提高配电网的经济效益与社会效益。（2）分布式电源的不断形成进一步打破了传统电网辐射结构，并逐渐形成辐射网与分布式供电网络有效结合的配网网络。为了提高配电网系统的可靠性，目前大部分配电网主要是环网开环运行的模式，变压器为负荷提供电源基本支持。为了保障整定与两端电源实时同步，在正常运行状况下，可使开关始终处于断开的状态。如果未能合理运用分布式电源，当线路发生短路故障时，开关能够实现过流保护，这样也可快速阻断故障，确保系统稳定运行。同时，监测到电压之后，对于故障问题可及时采取有效措施，保障其能够立即恢复[10]。

4.3 分布式技术在互联输电网系统中的应用

由于分布式电源主要使用的是电力电子装置系统，系统具备较高的灵活性与调节能力，同时也能够和交流输电设备有效配合，优势比较突出，但是也容易受到以上因素的影响，此外还具有以下辅助作用。（1）正常运行情况下，能够提供备用容量与无功储备，这样能够最大程度上保障系统的稳定运行，包括频率与电压，并有效减少配电网损耗，提高配电网的运行经济效率。（2）系统受到一定干扰时，则会对其本身安全性与稳定性造成不同程度的影响，分布式电源能够对故障情况给予支持和保障，同时通过输电控制技术不断提升系统的整体稳定性[11]。（3）系统一旦解列，可为独立运行提供能源，分布式电源主要是通过燃气或者可再生资源进行发电，所以一旦出现大规模停电状况，系统可自动启动电源装置，此时分布式电源能够发挥其自身辅助作用，在降低实际成本投入、提高技术水平的基础上，综合运用多种有效手段，并对电源灵活调节和优化，从而实现最终目标。当电源容量逐渐规模化之后，可充分发挥自身作用，电力调度中心需要结合实际情况进行设置与优化调整，对其开停机时间、使用时间以及负荷等进行科学规划与安排，从而对电源进行协调与优化。目前，分布式电源技术与成本依然未能满足大规模的实际应用需求，但在未来，随着该技术的快速更新与发展，也会越来越完善，其会在交流输电系统中发挥重要的作用[12]。

近年来，城市基础建设不断完善，各个领域高速发展的同时也对电力能源质量提出了更高的要求，人们需求不断发生变化的同时也促使电力市场发生改变，不断升级，从而为分布式供电技术的应用创造了有利条件。该技术的应用能够更有效地控制电网结构，提高电力运行稳定性，也为广大用户营造了更加安全、可靠的电力运行环境，保障电力系统的高效有序运行。