分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響綜述

1、 Advances in Energy and Power Engineering 電力與能源進(jìn)展 , 2017, 5(1, 13-18 Published Online February 2017 in Hans. 文章引用 : 楊帆 , 段夢(mèng)諾 , 張章 , 劉英英 , 徐晶 . 分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響綜述 J. 電力與能源進(jìn)展 , 2017, 5(1:An Overview of Influence on the Grid by Distributed Generation AccessFan Yang, Mengnuo Duan, Zhang Zhang, Yingying Liu

2、, Jing XuEconomic Research Institute of Tianjin Electric Power Company, TianjinReceived: Feb. 7th , 2017; accepted: Feb. 20th , 2017; published: Feb. 23rd , 2017Abstract As the developmentof social economy, cascading failures caused by grids single power supply mode have happened some times, and tha

3、t cant meet the demand of social economy development. On the other hand, energy shortage and environmental pollution problem is inevitable for grid construction. Distributed generation represented by renewable energy generation is flexible, safe and clean, and it provides a new idea to relieve the s

4、hortage of energy, solve the environmental pollution problem, and improve the reliability and flexibility of the grid. This paper analyzes the influences on grid by distributed generation access and the problems of distributed generation access. The development direction of distributed generation is

5、 proposed. KeywordsDistributed Generation, Grid Planning, Grid Reliability分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響綜述楊 帆,段夢(mèng)諾,張 章,劉英英,徐 晶國(guó)網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,天津收稿日期:2017年 2月 7日;錄用日期:2017年 2月 20日;發(fā)布日期:2017年 2月 23日摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,由于供電模式單一導(dǎo)致的連鎖故障在大電網(wǎng)中的屢次發(fā)生,無(wú)法社會(huì)發(fā)展的 需求;另一方面,能源短缺、環(huán)境污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重,已經(jīng)成為電力建設(shè)不可回避的問(wèn)題。以可再生能 源為主的分布式電源具有靈活、安全、清潔等特點(diǎn),為節(jié)省

6、投資、降低能耗與污染、提高電力系統(tǒng)可靠楊帆 等性與靈活性提供了新的思路。本文從多個(gè)角度分析了分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響,以及現(xiàn)狀分布式電 源接入電網(wǎng)存在的問(wèn)題,并對(duì)未來(lái)分布式電源的發(fā)展方向提出了展望。關(guān)鍵詞分布式電源,電網(wǎng)規(guī)劃,電網(wǎng)可靠性Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY. 1. 引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主的傳

7、統(tǒng)集中式單一供電方式已經(jīng)無(wú)法滿 足當(dāng)今社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)高質(zhì)量、高可靠性的要求;另一方面,大量消耗石化能源帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題愈 發(fā)嚴(yán)重。以太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電為代表的分布式發(fā)電 (distributed generation, DG具有靈活、安全、清潔等特 點(diǎn),可以有效緩解能源匱乏和環(huán)境污染的問(wèn)題。考慮到嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題、未來(lái)能源問(wèn)題等因素,為節(jié)省電網(wǎng)建設(shè)投資、降低電網(wǎng)運(yùn)行損耗、提高電 力系統(tǒng)可靠性,由分布式電源發(fā)電與大電網(wǎng)相配合代替大電網(wǎng)單一供電方式成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。分布 式電源接入電網(wǎng)后,在電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下,可保證重要用戶的供電,進(jìn)而大大提高供電的可靠性; 而清潔可再生能源可以適應(yīng)地球環(huán)境保護(hù)

8、以及可持續(xù)發(fā)展政策的要求。因此,大力發(fā)展分布式電源發(fā)電 技術(shù)對(duì)保證能源供應(yīng)、降低電網(wǎng)的建設(shè)成本、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展具有重要的意義。分布式電源接入電網(wǎng)后,傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將變?yōu)楸椴茧娫春陀脩舻木W(wǎng)絡(luò),運(yùn)行方式也將由于分布式發(fā) 電的隨機(jī)性和間歇性而變化,進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)一定的影響。本文從多個(gè)角度闡述了分布式電源接入對(duì)電 網(wǎng)的影響,分析了現(xiàn)狀分布式電源接入電網(wǎng)存在的問(wèn)題,并對(duì)未來(lái)分布式電源的發(fā)展方向進(jìn)行了展望, 為實(shí)現(xiàn)分布式電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展提供了一定的思路。2. 分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的有利影響2.1. 提高重要用戶供電可靠性分布式電源的接入究竟會(huì)對(duì)電網(wǎng)供電可靠性的提高有何貢獻(xiàn),這是用戶和電力公司最關(guān)心的問(wèn)題

9、。 分布式電源對(duì)電網(wǎng)可靠性的提升作用主要從兩個(gè)方面來(lái)考慮:一個(gè)是分布式電源本身的運(yùn)行方式,即承 擔(dān)的任務(wù);另一個(gè)是合理的孤島運(yùn)行策略對(duì)電網(wǎng)可靠性的提高作用。文獻(xiàn) 1考慮了兩種情況下分布式電 源對(duì)提高電網(wǎng)可靠性的影響:一個(gè)是在負(fù)荷高峰時(shí)刻可能出現(xiàn)備用饋線電源容量不足,導(dǎo)致無(wú)法滿足負(fù) 荷轉(zhuǎn)移的需要,此時(shí)將分布式電源安裝于兩條饋線連接處以向饋線供電;另一種情況是在配電變電站內(nèi) 安裝分布式電源,可在配電設(shè)備故障時(shí)提供電源。基于以上原理,文獻(xiàn) 1基于區(qū)間算法對(duì)分布式電源接 入前后系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算,并分析了分布式電源在饋線不同位置接入對(duì)電網(wǎng)可靠性的影響, 但僅驗(yàn)證了分布式電源作為備用電源在提高電

10、網(wǎng)可靠性方面的作用。由于分布式電源種類多,考慮負(fù)荷需求不同其運(yùn)行方式各異,對(duì)電網(wǎng)可靠性的影響也不同。分布式 電源的運(yùn)行方式可以分為三種,一是承擔(dān)基荷;二是作為備用電源;三是并網(wǎng)運(yùn)行 2。孤島是隨分布式 電源接入配電網(wǎng)后產(chǎn)生的一種新的運(yùn)行方式,按照其發(fā)生機(jī)理可分為非計(jì)劃孤島和計(jì)劃孤島 3。通過(guò)建 Open Access楊帆 等立計(jì)劃孤島可以使下游饋線中孤島范圍內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)繼續(xù)得到電力供應(yīng) 4,進(jìn)而提高系統(tǒng)供電可靠性。但 這種情況在傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性評(píng)估模型中無(wú)法計(jì)及,文獻(xiàn) 5基于網(wǎng)絡(luò)分區(qū)分塊思想,提出基于網(wǎng)絡(luò)分區(qū) 的故障恢復(fù)策略,當(dāng)配電網(wǎng)主饋線故障而進(jìn)入孤島運(yùn)行方式時(shí),根據(jù)故障后負(fù)荷是否可由孤島內(nèi)分

11、布式 電源恢復(fù)供電對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分,以計(jì)及含分布式電源后配電網(wǎng)故障恢復(fù)策略的特征,更好地評(píng)估孤島運(yùn) 行情況下,分布式電源對(duì)保證用戶供電提供的作用。配電網(wǎng)大面積停電時(shí),孤島是保障負(fù)荷不失電的重 要手段,考慮負(fù)荷優(yōu)先級(jí),通過(guò)孤島融合、安全校驗(yàn)及負(fù)荷調(diào)節(jié),可形成有效保障重要負(fù)荷持續(xù)供電的 孤島搜索最優(yōu)方案 67,進(jìn)而最大限度的保證用戶供電的可靠性。2.2. 降低電網(wǎng)運(yùn)行損耗電網(wǎng)的運(yùn)行損耗主要是由輸電線路損耗、變壓器損耗和其他設(shè)備損耗組成的。通常,分布式電源裝 機(jī)容量較小且直接接入用戶配電室,采用自發(fā)自用模式,可以實(shí)現(xiàn)分布式電源的就地消納,減少電網(wǎng)的 功率輸送,進(jìn)而降低輸電線路的損耗。當(dāng)分布式電源接入后

12、,電網(wǎng)線路損耗的降低主要取決于分布式電源的接入容量、接入位置、功率因 數(shù)等:分布式電源的接入容量并不是越大越好,當(dāng)其大于系統(tǒng)負(fù)荷量時(shí),由于分布式電源向電網(wǎng)逆送功 率過(guò)大,電網(wǎng)線損反而增加 8;電網(wǎng)的降損效果則受分布式電源在饋線上的安裝位置的影響,分布式電 源接入點(diǎn)靠近系統(tǒng)饋線根節(jié)點(diǎn)時(shí)對(duì)本段配電系統(tǒng)線損降低的改善作用不如靠近線路末端。因此,應(yīng)根據(jù) 電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷大小,通過(guò)優(yōu)化分布式電源接入位置,合理設(shè)計(jì)分布式電源裝機(jī)容量,以達(dá)到最大化降 低輸電線路損耗的目的。3. 分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的不利影響3.1. 對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的影響傳統(tǒng)的電網(wǎng)潮流是由變電站流向各負(fù)荷,分布式電源的接入使得電源與用戶側(cè)間的潮流

13、由單向變?yōu)?雙向,大大增加了電網(wǎng)的復(fù)雜性和不確定性 9。隨著分布式電源在電力系統(tǒng)中所占比重越來(lái)越大,使得 電網(wǎng)規(guī)劃必須充分考慮分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響。增加了電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)難度分布式電源項(xiàng)目的接入位置和接入容量主要取決于申請(qǐng)項(xiàng)目用戶的可用占地面積等實(shí)際情況,分布 式電源可為用戶自身負(fù)荷所消納,若分布式電源發(fā)電量大于用戶負(fù)荷,還可能向周邊其它用戶供電,進(jìn) 而影響該地區(qū)的負(fù)荷增長(zhǎng)模型,導(dǎo)致難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電力負(fù)荷的增長(zhǎng)及空間負(fù)荷分布情況 10。提高了配電網(wǎng)規(guī)劃適應(yīng)性要求接入位置和規(guī)模不合理的分布式電源可能導(dǎo)致配電網(wǎng)的某些設(shè)備利用率降低、網(wǎng)損增加,電網(wǎng)可靠 性降低 11。 為實(shí)現(xiàn)分布式電源與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)

14、發(fā)展, 在選擇最優(yōu)電網(wǎng)規(guī)劃方案時(shí)須考慮分布式電源接入的 適應(yīng)性。3.2. 對(duì)配電網(wǎng)可靠性計(jì)算的影響1 對(duì)配電網(wǎng)可靠性評(píng)估模型的影響由于光照強(qiáng)度和風(fēng)速的隨機(jī)性和間歇性,使光伏發(fā)電和風(fēng)電接入電網(wǎng)后帶來(lái)了很多不確定性因素, 增加了配電網(wǎng)可靠性評(píng)估計(jì)算的復(fù)雜性,并使得傳統(tǒng)的配電網(wǎng)可靠性評(píng)估模型無(wú)法適用。為了計(jì)及這些 不確定性因素對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性的影響,需要對(duì)分布式電源輸出功率的隨機(jī)性進(jìn)行較準(zhǔn)確的建模,主 要分為解析法和模擬法。解析法主要采用簡(jiǎn)化模型,通過(guò)離散卷積得到含分布式電源的發(fā)電系統(tǒng)輸出功 率模型 12;模擬法主要采用蒙特卡洛模擬法,為達(dá)到計(jì)算精度需要較大的計(jì)算量 13。為尋求具有較高楊帆 等計(jì)

15、算精度和較低計(jì)算成本的方法,可以采用點(diǎn)估計(jì)法,首先由分布式電源輸出功率和配電網(wǎng)負(fù)荷的概率 分布分別構(gòu)造電源出力和負(fù)荷點(diǎn)的估計(jì)點(diǎn),再根據(jù)其與配電網(wǎng)可靠性之間的確定性關(guān)系得到完全計(jì)及分 布式電源輸出功率和負(fù)荷水平隨機(jī)性的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo) 14。 為了減輕分布式電源出力的隨機(jī)性和間歇 性對(duì)配電網(wǎng)帶來(lái)的影響,可以采用儲(chǔ)能裝置以平滑分布式電源出力,挖掘其提升供電可靠性的潛力 15。 文獻(xiàn) 16建立了含分布式風(fēng)機(jī)、 光伏陣列和蓄電池的可靠性計(jì)算模型, 用以定量分析計(jì)算含分布式電源和 蓄電池的配電網(wǎng)可靠性指標(biāo),并從分布式電源容量以及蓄電池容量、型號(hào)、充放電策略幾個(gè)方面分析了 對(duì)可靠性的影響,該方法適用于分布

16、式電源滲透率不高且上級(jí)系統(tǒng)容量充足的配電網(wǎng)可靠性評(píng)估。 2 對(duì)可靠性評(píng)估指標(biāo)體系的影響分布式電源模型及運(yùn)行方式的不同對(duì)電網(wǎng)可靠性可能產(chǎn)生積極或消極的影響,而傳統(tǒng)的評(píng)估指標(biāo)不 能很好的評(píng)價(jià)分布式電源對(duì)可靠性影響的優(yōu)劣,因此亟需在可靠性評(píng)估體系中引入能夠合理評(píng)價(jià)分布式 電源影響的指標(biāo)。目前對(duì)含分布式電源的電網(wǎng)可靠性研究多側(cè)重于可靠性模型和算法方面,對(duì)考慮分布 式電源接入后可靠性指標(biāo)體系的研究相對(duì)匱乏。總體來(lái)說(shuō),含分布式電源的電網(wǎng)可靠性評(píng)估指標(biāo)體系應(yīng) 能體現(xiàn)其具有間歇性出力與儲(chǔ)能特性、 孤島運(yùn)行特性、 經(jīng)濟(jì)與環(huán)境收益特性等特點(diǎn) 17。 分布式電源可靠 性指標(biāo)可從時(shí)間、出力情況、系統(tǒng)總體三個(gè)層面定義

17、18,全面反映分布式電源的運(yùn)行情況、出力水平、 故障情況以及系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行可靠性,進(jìn)而為量化評(píng)價(jià)分布式電源接入后對(duì)電網(wǎng)可靠性的影響奠定基礎(chǔ)。 文獻(xiàn) 19提出計(jì)及公共連接點(diǎn)操作故障、 分布式電源出力的可靠性指標(biāo), 并使用單位成本可靠性效益來(lái)衡 量分布式電源的接入效益。4. 結(jié)論4.1. 分布式電源接入存在的問(wèn)題1 分布式電源并網(wǎng)缺少統(tǒng)一的規(guī)劃管理分布式電源的大規(guī)模發(fā)展,有賴于對(duì)城市風(fēng)能、太陽(yáng)能資源的詳細(xì)評(píng)估,以及電網(wǎng)對(duì)分布式發(fā)電并 網(wǎng)的接納能力。因此,分布式發(fā)電的規(guī)劃應(yīng)與地區(qū)新能源資源條件、電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、乃至地區(qū)的總體發(fā) 展規(guī)劃相協(xié)調(diào),才能保證分布式電源發(fā)電的有序發(fā)展。目前分布式電源發(fā)電基本處于盲

18、目發(fā)展?fàn)顟B(tài),國(guó) 家分布式電源的電價(jià)補(bǔ)貼等政策促使分布式電源并網(wǎng)申請(qǐng)?jiān)絹?lái)越多,雖然裝機(jī)容量較小,在總量比重較 小的情況下,對(duì)電網(wǎng)的影響較小,但隨著報(bào)裝項(xiàng)目增多,若分布式電源接入仍沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)劃管理,久 而久之可能出現(xiàn)地區(qū)用電與發(fā)電不平衡,造成資源供應(yīng)、并網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)等一系列問(wèn)題,阻礙分布式電源進(jìn) 一步發(fā)展。2 配電網(wǎng)接納分布式電源的安全性與靈活性受限分布式能源需要與配電網(wǎng)架、儲(chǔ)能裝置相配合才能發(fā)揮更有效作用。目前急需加快主動(dòng)配電網(wǎng)的建 設(shè),提高配電網(wǎng)接納分布式電源的能力,才可以充分保障分布式電源接入后電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和靈 活性。4.2. 相關(guān)建議4.2.1. 加強(qiáng)分布式電源并網(wǎng)管理目前,電力企業(yè)

19、響應(yīng)國(guó)家政策,積極為分布式電源接入電網(wǎng)項(xiàng)目提供便利條件,促進(jìn)了分布式電源 的并網(wǎng),同時(shí)也增加了電力企業(yè)并網(wǎng)管理的難度。應(yīng)對(duì)日益增多的分布式電源并網(wǎng)申請(qǐng),規(guī)范分布式電 源接入過(guò)程中的具體問(wèn)題管理,可以從以下幾方面來(lái)應(yīng)對(duì):1 進(jìn)行分布式電源規(guī)劃在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮分布式電源的規(guī)劃。在每年的電網(wǎng)滾動(dòng)規(guī)劃中,應(yīng)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前分布式電源的楊帆 等裝機(jī)容量、接入位置,同時(shí)對(duì)近期可能新增的分布式電源的裝機(jī)容量進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)合該地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn) 狀,更好地指導(dǎo)分布式電源有序發(fā)展。2 進(jìn)一步完善分布式電源的管理辦法和電價(jià)政策均衡電網(wǎng)企業(yè)、用戶等各方利益,為用戶提供基本的收益預(yù)期和明確的市場(chǎng)前景,為電網(wǎng)企業(yè)提供 分布式電

20、源并網(wǎng)的合理經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和必要的市場(chǎng)保障,以建立協(xié)調(diào)共贏的激勵(lì)政策體系,形成各方共同推 進(jìn)分布式電源發(fā)展的良好局面。4.2.2. 提高電網(wǎng)接納分布式電源的能力1 對(duì)本地區(qū)的太陽(yáng)能、風(fēng)能等資源進(jìn)行勘測(cè),建立資源分布數(shù)據(jù)庫(kù),以便于指導(dǎo)專項(xiàng)規(guī)劃的制定。 要充分結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃與能源規(guī)劃,與本地區(qū)的發(fā)展目標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)和配套措施等相適應(yīng),協(xié)調(diào)好分布式 電源項(xiàng)目開發(fā)與配套電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度,為分布式電源有序發(fā)展奠定基礎(chǔ)。2 加強(qiáng)主動(dòng)配電網(wǎng)發(fā)展以適應(yīng)分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響。分布式電源就近接入配電網(wǎng),直 接向負(fù)荷供電,有利于提高重要用戶的供電可靠性,也可解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電困難問(wèn)題。但分布式電源 的接入改變了原有配電

21、網(wǎng)單一、輻射狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備配置原則,對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生一系列不利影響。 主動(dòng)配電網(wǎng)通過(guò)集成先進(jìn)的信息、自動(dòng)化及儲(chǔ)能技術(shù),能夠?qū)Πǚ植际诫娫丛趦?nèi)的所有資源進(jìn)行 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和統(tǒng)籌安排,有效解決因大規(guī)模分布式電源的接入而產(chǎn)生的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)問(wèn)題,提升 電網(wǎng)接納分布式電源的能力。因此,為同時(shí)滿足分布式電源快速發(fā)展與電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的要求,需要加 強(qiáng)主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)。致 謝感謝國(guó)網(wǎng)天津經(jīng)研院規(guī)劃評(píng)審中心各位同事對(duì)本論文提供的幫助。參考文獻(xiàn) (References1錢科軍 , 袁越 . Zhou, C.-K. 分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響研究 J. 電網(wǎng)技術(shù) , 2008, 32(11: 74-78.2雷

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