分布式发电系统系统并网技术浅析

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  一、分布式发电系统并网技术概况
  分布式发电系统作为集中式发电的一种有效补充,分布式发电系统这些年来发展趋势良好,分布式发电系统并网技术也日趋成熟,分布式发电系统使电力系统迈入了一个崭新的时代。通常认为,分布式发电系统是指发电功率一般在几十千瓦至上百兆瓦之间的分散化、模式化、小型化,并安装在电力用户附近为用户直接供给电力的一种微型发电系统。分布式发电系统既可独立于大电网并且直接为电力用户提供电量,又可以直接接入低压配电网,与公共大电网共同为电力用户提供电量。
  分布式电源按照能源可再生与否,分布式发电系统一般可划分为两种:一种是可再生能源,涵盖了风力发电、太阳能发电、地热发电等可再生发电形式;另一种是不可再生能源,涵盖了微型气轮机、液态燃料电池等不可再生发电形式。考虑到分布式电源的出力波动,一般需要相应配置储能装置。
  二、分布式发电系统并网技术优势
  分布式发电系统的优势包括:
  1)经济效益性:由于分布式发电系统一般位于电力用户侧附近,相对更靠近负荷中心,所以大规模减少了380V—10kV配电网络的建设成本和运行维护等工作;同时,分布式发电系统的系统规划和系统建设周期很短,投资收益见效快,建设投资的风险十分小。
  2)环境保护性:分布式发电系统通过大规模广泛利用太阳能、风能等清洁型的可再生能源,减少了石油、天然气等化石能源的使用和二氧化硫等有害气体的排放。
  3)系统灵活性:分布式发电系统一般多采取电气性能先进的小型模块化电气设备,具有启动停车快速,运行维护方便,灵活调节,并且各分布式电源相对更加独立,可满足电网的削峰填谷、对重要用户直接供电等多种不同的需求。
  4)系统安全性:分布式发电系统发电形式多种多样,不仅能够有效减少对单一类能源的有效依赖程度,并且在一定程度上缓解全球能源危机的进一步扩大;同时,分布式发电系统的地理位置相对分散,不易遭到自然灾害或恐怖袭击等突发事件的影响,具有可以抵御短时大规模停电的能力。
  三、分布式电源对供电可靠性的影响
  在传统的城市配电系统供电可靠性评估中,由于城市配电网“电网闭环设计、电网开环运行”的运行特点,城市配电网一班正常运行时负荷点由单电源进行供电。当配电网系统内设备发生故障时,位于故障线路的负荷点因故障中断而发生停电,而位于故障线路段后的负荷点则可依据线路是否存在联络线路,以及联络备用负荷是否充足迅速恢复正常供电,整个故障分析以及自愈过程正确而清晰。
  但随着分布式电源大规模接入配电系统后,城市配电网变成了一个由多个电源点直接与各个负荷点相连的电网,配电网的电网特性发生了根本变化,这给城市配电网系统的供电可靠性评价过程带来了各种影响以及问题,具体涵盖了以下几方面:
  1) 配电网运行方式被改变
  分布式电源接入城市配电网最大的一类影响,就是造成整个城市配电网的运行方式发生根本性变化。分布式电源接入城市配电网系统的运行方式有两种:孤岛式运行和并网式运行。一般状态下,分布式电源并网运行,但当上级电源发生故障时,可以无缝切换到孤岛运行模式。此时,分布式电源和大部分供电负荷将会构成一个自我满足的孤岛,并由分布式电源独立向供电负荷提供电能,这一运行方式对于孤岛内负荷的供电可靠性提高有着重要意义。
  2) 分布式电源电能出力的波动性
  传统的城市配电网可靠性评价中,一般通过将上一级电网进行等效的方式,只考虑单一电源(上一级变电站、开关站、母线)的电能出力。而且与上一级电源相比,单条配电线路的容量是极为微小的,因而当上级电源电能出力时,一般认为其容量是无限充足的。但分布式电源有其自身的特性,由于太阳能、风能等分布式电源受到各类天气因素及其他事件影响,有一定规模的波动性,因此需要充分考虑分布式电源波动出力对周围负荷点的影响,合理地划分孤岛,计算孤岛形成概率。
  3) 储能装置运行特性的影响
  由于分布式电源出力的波动性,分布式发电系统需要配置蓄电池等类似的储能装置以平滑其出力曲线,在分布式电源出力富裕时对储能装置进行储能,在分布式电源出力欠缺时由储能装置释放电能。因此,与一般常规发电系统不同,储能装置的控制状态实际上属于可控变量,储能装置的出力大小受到分布式电源发电量变化的影响,无法用传统电气设备的可靠性数字建模提前取得储能裝置的不同充放电策略影响其出力状态的变化率,从而影响整个分布式发电系统的可靠性分析以及评级过程。
  4) 微网的引入对可靠性评价造成影响
  为了减少分布式电源对电网的不利影响,可以考虑将不同类型的分布式电源以及储能装置、控制系统以微型电网的形式主动接入到城市配电网系统中,也是有效发挥分布式电源效率的最佳方式。系统在充分考虑分布式电源接入后,传统交流配网中针对单个负荷点停电次数、时间和缺供能量的评价指标体系是否仍旧适用,有待讨论。如何更好地针对微网整体进行可靠性评价,也有待进一步研究。
  四、结论
  考虑分布式发电系统并网的配网能量优化管理研究是一个复杂的问题。现阶段,相关策略中的数学模型主要由优化目标和优化约束两部分组成。后者要求策略在不同的运行条件下都能保证系统相对稳定的运行,而前者则要求在约束条件得到满足的前提下,针对不同问题选择合适有效的解决手段,实现系统预定的经济指标最优。
  由于配电系统同时包括了例如风、光等可再生能源、储能以及电动汽车等能量管理设备并且负荷用电具有随机性与波动性,故使得系统在不同能量平衡状态下具有不同的运行约束以及经济优化模式。所以考虑不同运行状态的系统经济最优是能量优化管理研究的首要问题。
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