分布式發(fā)電技術(shù)課程論文

分布式發(fā)電技術(shù)課程論文光伏發(fā)電微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量問題分析與治理研究姓名：學(xué)號：孟金嶺S090920211引言傳統(tǒng)的煤炭、石油等一次能源是不可再生的，終歸要走向枯竭。因此，提高能源利用效率、開發(fā)新能源、加強(qiáng)可再生能源的利用，就成為解決我國經(jīng)濟(jì)和社會快速發(fā)展過程中日益凸顯的能源需求增長與能源緊缺、能源利用與環(huán)境保護(hù)之間矛盾的必然選擇。研究與實踐已表明，分布式發(fā)電供能技術(shù)將在此過程中起到越來越重要的作用。采用分布式發(fā)電供能技術(shù)，有助于充分利用各地豐富的清潔和可再生能源，向用戶提供“綠色電力”，是實現(xiàn)我國“節(jié)能減排”目標(biāo)的重要舉措。分布式發(fā)電供能是指利用各種可用的分散存在的能源，包括可再生能源（太陽能、生物質(zhì)能、小型風(fēng)能、小型水能、波浪能等）和本地可方便獲取的化石類燃料（主要指天然氣）進(jìn)行發(fā)電供能，是分布式能源最清潔、最高效的利用方式。隨著全球能源領(lǐng)域競爭的加劇，世界各國日益重視自身可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施。作為這一戰(zhàn)略的核心技術(shù)之一，分布式發(fā)電供能技術(shù)的研究日益受到各國關(guān)注。隨著世界各國在相關(guān)領(lǐng)域投資的不斷加大，分布式發(fā)電供能技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其發(fā)電成本越來越低，尤其是風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電和采用燃?xì)鈾C(jī)組的冷/熱/電聯(lián)供（CCHP）系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，幾乎可以與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相競爭。據(jù)世界銀行2021年初發(fā)布的報告，2021年全球可再生能源發(fā)電容量達(dá)到了24萬兆瓦，比2021年增加了50%，全球并網(wǎng)太陽能發(fā)電容量增加了52%，250萬個家庭使用太陽能照明，2500萬個家庭利用沼氣做飯和照明。分布式發(fā)電供能是提高可再生能源利用水平，解決當(dāng)今世界能源短缺和環(huán)境污染問題的重要途徑。大電網(wǎng)與分布式發(fā)電供能系統(tǒng)相結(jié)合，不僅有助于提高分布式發(fā)電的供能質(zhì)量，有助于分布式發(fā)電技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用；也有助于防止大面積停電，提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，增強(qiáng)電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害的能力，對于電網(wǎng)乃至國家安全都有重大現(xiàn)實意義。分布式發(fā)電供能系統(tǒng)由于采用就地能源，可以實現(xiàn)分區(qū)分片靈活供電，通過合理的規(guī)劃設(shè)計，在災(zāi)難性事件發(fā)生導(dǎo)致大電網(wǎng)瓦解的情況下，可以保證對重要負(fù)荷的供電，并有助于大電網(wǎng)快速恢復(fù)供電，減少大電網(wǎng)停電造成的社會經(jīng)濟(jì)損失；分布式發(fā)電供能技術(shù)還可利用天然氣、冷、熱能易于在用戶側(cè)存儲的優(yōu)點，通過與大電網(wǎng)配合運(yùn)行，實現(xiàn)電能在用戶側(cè)的分布式替代存儲，從而間接解決電能無法大量存儲這一世界性難題，促進(jìn)電網(wǎng)更加安全高效運(yùn)行。另一方面，分布式發(fā)電供能系統(tǒng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，有助于克服一些分布式電源的間歇性給用戶負(fù)荷造成的不利影響，進(jìn)而提高系統(tǒng)供電的電能質(zhì)量。作為技術(shù)較為成熟的可再生能源發(fā)電方式之一，光伏發(fā)電技術(shù)逐漸受到國際社會的重視。近五年來世界光伏年增長達(dá)到49%，2021年光伏電池產(chǎn)量達(dá)到10.5GW。歐洲、美國相繼提出了宏偉的發(fā)展目標(biāo)，預(yù)計到2021年，歐洲光伏累計安裝容量將達(dá)到400GW，美國預(yù)計將達(dá)到350GW。我國已將新能源作為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之首，2021年新能源將成為國民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一；《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將“可再生能源低成本規(guī)?；_發(fā)利用”確定為能源重點領(lǐng)域優(yōu)先主題。到2021年，光伏發(fā)電將在能源供給和節(jié)能減排上作出實質(zhì)性貢獻(xiàn)。目前，國外已建成10MW以上大型并網(wǎng)光伏電站100余座，正在研究示范百兆瓦級光伏電站，并在進(jìn)行百萬千瓦級光伏電站的前期研究工作；國外的光伏發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)及其檢測標(biāo)準(zhǔn)已形成較為完整的體系，并與光伏技術(shù)同步發(fā)展。國際大型光伏電站的發(fā)展趨勢是：(1)電站容量越來越大，向百兆瓦甚至千兆瓦級發(fā)展；(2)并網(wǎng)逆變器大型化，采用上百千瓦到兆瓦級甚至更大容量的光伏并網(wǎng)逆變器；(3)電站接入電網(wǎng)電壓等級越來越高；(4)電網(wǎng)適應(yīng)性要求提高，提出了光伏電站具備有功/無功控制能力、低電壓穿越能力，以及能夠參與電網(wǎng)調(diào)度等技術(shù)要求。隨著光伏電站規(guī)模的增大，光伏電站對電網(wǎng)的影響逐漸顯現(xiàn)：首先，光伏電站出力具有間歇性、隨機(jī)性和波動性，目前大型光伏電站還不具備有功功率和無功功率調(diào)節(jié)能力，不能參與支撐電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并且由于不具備低電壓穿越能力，在電網(wǎng)發(fā)生短路等大擾動故障時極易發(fā)生脫網(wǎng)現(xiàn)象，有時會導(dǎo)致惡化電網(wǎng)的安全穩(wěn)定；其次，大型光伏電站容易引起電網(wǎng)諧波和電壓變動等電能質(zhì)量超標(biāo)問題。為解決大型光伏電站對電網(wǎng)安全穩(wěn)定和電能質(zhì)量帶來的不利影響，國內(nèi)外在光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行控制、低電壓穿越和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)等方面開展了大量研究工作，也在著手制定和完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。分布式發(fā)電供能技術(shù)將成為國際上一項重要的技術(shù)增長點，開展這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工作，將有助于培育自主創(chuàng)新能力，提升我國在能源技術(shù)領(lǐng)域的國際競爭力。預(yù)計到2021年，世界每年新增分布式發(fā)電容量將占當(dāng)年新增電力裝機(jī)容量的25％以上；歐洲電力供應(yīng)的22%將來自可再生能源，其中的60％將以分布式電源的形式出現(xiàn)；對于美國，分布式發(fā)電供能系統(tǒng)將占新增發(fā)電裝機(jī)容量的20%。美國AlliedSignal公司估計，2021年用于冷/熱/電聯(lián)供的小型燃?xì)廨啓C(jī)的銷售額將達(dá)到100-150億美元；2021年初世界銀行報告，全球利用風(fēng)力、太陽能等可再生能源進(jìn)行發(fā)電（不包括大型水利發(fā)電）的設(shè)備建設(shè)投資在2021年內(nèi)達(dá)到了710億美元。世界上至少有60多個國家制定了促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)政策，這將大大促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。分布式發(fā)電供能系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)將成為國際上一項重要的技術(shù)增長點，是21世紀(jì)電力工業(yè)的主要技術(shù)發(fā)展方向之一?，F(xiàn)有研究和實踐已表明，將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式發(fā)電供能系統(tǒng)效能的最有效的方式。微網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。用戶所需電能由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)和公共電網(wǎng)等提供，在滿足用戶供熱和供冷需求的前提下，最終以電能作為統(tǒng)一的能源形式將各種分布式能源加以融合。通過對微網(wǎng)內(nèi)部不同形式能源（冷/熱/電、風(fēng)/光/氣等）的科學(xué)調(diào)度，以及微網(wǎng)與微網(wǎng)、微網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的優(yōu)化協(xié)調(diào)，可以達(dá)到能源高效利用、滿足用戶多種能源需求、提高供電可靠性等目的；此外，通過在用戶側(cè)安裝分布式電源并形成微網(wǎng)，有助于消除輸配電瓶頸、減少網(wǎng)絡(luò)損耗，延緩發(fā)/輸/配電系統(tǒng)的建設(shè)等；而在大電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害（例如地震、暴風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)爭）出現(xiàn)時，由于微網(wǎng)可以孤網(wǎng)獨立運(yùn)行，可保證重要用戶供電不間斷，并為大電網(wǎng)崩潰后的快速恢復(fù)提供電源支持。在我國《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2021－2021年）》中明確提出要大力開展“可再生能源低成本規(guī)?；_發(fā)利用”以及“間歇式電源并網(wǎng)及輸配技術(shù)”，開展分布式發(fā)電供能技術(shù)方面的研究工作符合國家重大需求。隨著分布式發(fā)電、微網(wǎng)以及智能電網(wǎng)、智能微網(wǎng)等概念的提出以及相關(guān)研究的不斷深入[1-6]，在我國“十一五”期間“分布式能源系統(tǒng)微電網(wǎng)技術(shù)研究”獲得了國家863高技術(shù)基金的資助，“分布式發(fā)電供能系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)研究”獲得了973國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目的資助，分布式發(fā)電供能系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)將成為一項重要的技術(shù)增長點，是21世紀(jì)電力工業(yè)的主要技術(shù)發(fā)展方向之一。2研究現(xiàn)狀國內(nèi)對中壓等級分布式發(fā)電系統(tǒng)的研究起步較早，對分布式電源接入配電網(wǎng)的模型研究較多[7-11]。在中壓10kV電壓等級，開展了大功率分布式電源并網(wǎng)控制，如大規(guī)模風(fēng)電接入對配電網(wǎng)帶來的影響研究；對分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)過電壓的影響、對電壓分布的影響以及對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響、對含分布式發(fā)電的潮流計算以及考慮諧波影響的分布式電源準(zhǔn)入功率計算等方面有廣泛研究[12-27]。近年來在低壓等級我國也緊跟美國和歐洲的腳步開展了微網(wǎng)、智能微網(wǎng)以及數(shù)字化配電網(wǎng)領(lǐng)域的研究。國內(nèi)天津大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校以及南方電網(wǎng)開展了高滲透率下微網(wǎng)與大電網(wǎng)相互作用機(jī)理研究、分布式儲能對微網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的作用機(jī)理、含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的規(guī)劃、微網(wǎng)及含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的保護(hù)原理與技術(shù)、并網(wǎng)控制及多分布式電源協(xié)調(diào)控制、微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行理論與能量管理等的研究[28-34]。在電能質(zhì)量方面，揭示大規(guī)模分布式發(fā)電或微網(wǎng)引起的單一的電能質(zhì)量問題機(jī)理研究較多，但如何經(jīng)濟(jì)高效的解決這些問題，建立涵蓋中低壓電壓等級的含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)電能質(zhì)量群控平臺研究較少，國內(nèi)外尚屬空白。（1）分布式發(fā)電系統(tǒng)電能質(zhì)量檢測研究現(xiàn)狀含分布式發(fā)電單元的配網(wǎng)電能質(zhì)量的控制，首先要解決的是電能質(zhì)量問題檢測。針對大功率分布式電源和微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行帶來的電能質(zhì)量檢測評估，國內(nèi)外一直以來都十分關(guān)注，進(jìn)行了較為深入的分析和研究。在理論方面，目前單臺或單種分布式電源對不同電能質(zhì)量指標(biāo)的影響研究較多[35]。伴隨集中+分布供電結(jié)構(gòu)逐步出現(xiàn)，傳統(tǒng)電網(wǎng)電能質(zhì)量治理點如無功補(bǔ)償節(jié)點、有源濾波器投入節(jié)點等都會因為在配電網(wǎng)饋線上出現(xiàn)的微網(wǎng)而改變。這些分布于饋線上的微網(wǎng)可能作為終端出現(xiàn)，也可能作為中間變送站出現(xiàn)。