分布式发电及其对电力系统的影响

1、第19卷 第6期 牡丹江大学学报 Vol.19 No.6 2010年6月 Journal of Mudanjiang University Jun. 2010文章编号:1008-8717(201006-0120-03分布式发电及其对电力系统的影响杨 春 风(恩施州车坝水力发电公司,湖北 恩施 445026摘 要:论述了分布式发电的概念及其特点,重点分析了分布式电源加入电网对电力系统规划、电能质量、可靠性、保护和电压的影响。最后对含分布式发电电源的电力系统的研究方向进行了展望。关键词:分布式发电;规划;电能质量;可靠性;保护中图分类号:TM711 文献标识码:A引言分布式发电(distribut

2、ed generation,DG是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的、模块式的、清洁环保的、发电功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内的发电设施,目的是满足特定用户的需要或支持现存配电网的经济运行1-4。现代的大容量集中供电电力系统存在以下一些弊端:(1不能灵活跟踪负荷的变化;(2对于偏远地区的负荷不能进行理想的供电;(3大型互联电力系统中局部事故极易扩散导致大面积停电。而加入分布式发电的集中供电系统一般有以下优点1-4:(1分布式发电系统中各电站相互独立,由于用户可以自行控制,不会发生大规模停电事故,所以安全可靠性较高。安全、不间断地供电且可保证电力质量。(2分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不

3、足,在意外灾害发生时继续供电,已成为集中供电方式不可缺少的重要补充。(3非常适合向农村、牧区、山区,发展中的中、小城市或商业区的居民供电,可大大减小环保压力。(4较少或者根本不需要输配电设施,因而输配电损耗很低,甚至没有,无需建配电站,可降低或避免附加的输配电成本,同时土建和安装成本低。(5就地安装,方便实现热电联供,模块化的设计便于灵活建设,维修简单。(6调峰性能好,系统尖峰负荷的持续时间很短,分布在配电网中的分布式发电起到承担峰荷的作用,避免了输电线路的大规模投资。一、分布式发电技术简介(一微型燃气轮机技术微型燃气轮机是以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型气轮机。其发电效率可达30%,

4、如实行热电联产,效率可提高到75%。微型燃气轮机的特点是体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。它是目前最成熟、最具有商业竞争力的分布式发电电源。(二燃料电池技术燃料电池的工作原理是富含氢的燃料(如天然气、甲醇与空气中的氧气结合生成水,氢氧离子的定向移动在外电路形成电流,类似于电解水的逆过程。它并不燃烧燃料,而是通过电化学的过程将燃料的化学能转化为电能。燃料电池具有巨大的潜在优点:(1其副产品是热水和少量的二氧化碳,通过热电联产或联合循环综合利用热能,燃料电池的发电效率几乎是传统发电厂发电效率的二倍;(2排废量小(几乎为零、清洁无污染、噪音低;(3安装周期短、安装位置灵活,可以省去配

5、电系统的建设。(三光伏电池技术光伏电池是将可再生的太阳能转化成电能的一种发电装置。国外开发的屋顶式光伏电池发电技术已得到广泛的关注。虽然光伏电池与常规发电相比有技术条件的限制,如投资成本高、系统运行的随机性等,但由于它利用的是可再生的太阳能,因此其前景依然被看好。(四风力发电技术风力发电机组从能量转换角度分成两部分:风力机和发电机。风速作用在风力机的叶片上产生转矩,该转矩驱动轮毂转动,通过齿轮箱高速轴、刹车盘和联轴器再与异步发电机转子相联,从而发电运行。风力发电技收稿日期:2009-12-03术在新能源领域已经比较成熟,经济指标逐渐接近清洁煤发电。我国可利用风能十分丰富,风力发电前景广阔。二、

6、分布式电源并网的影响(一对网络损耗的影响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5。在配电网中的负荷附近接入分布式发电系统,整个配电系统的功率流向将发生变化。按节点负荷和DG出力大小的关系,可以分为以下3种情况。(1系统中每个节点的负荷量都大于或者等于该节点的DG输出量。(2系统中至少有一个节点的DG输出量大于该节点的负荷量,但整个系统DG的输出量小于系统中的总负荷量。(3系统中至少有一个节点的DG输出量大于该节点的负荷量,且整个系统DG的输出量大于系统中的总负荷量。对于情况(1,DG将会对配电网有减少损耗的作用;对于情况(2,DG有可能会使配电

7、网中某些线路的损耗增加,但总的来说,整个配电网中的损耗还是会减少;对于情况(3,若DG的总输出量小于总负荷量的两倍,情况跟(2相似,否则,整个配电网中的系统损耗将会比不带DG时还多。用可再生能源发电的DG 输出电能受气候等因素影响,有明显的随机特性和季节性,不能提供持续的电力能源,同时输出电量会因外界众多因素变化而产生变化,因此,上面几种情况可能会交替出现。(二对配电网规划的影响2DG规划既要考虑负荷的需求范围、系统的经济性、可靠性以及损耗等常规电力规划问题;同时,它的服务对象更具有针对性和特殊性。文献6列举了含有DG的系统规划时应考虑的具体问题,同时指出在进行此类规划时常常易犯的错误。文献7

8、从规划的角度探讨了在偏远及农村地区使用DG的优势,并且指出对于一些对供电可靠性有特殊要求的用户,在规划时应优先考虑使用DG 作为电源的合理性。文献8介绍了一种可在MV级配电网中确定DG最优安装地点的算法。文献9在文献8的基础上,针对实际系统运行中DG存在大量不确定性,采用启发式最优算法,并应用决策原理,提出了一种新的规划算法。上述文献讨论了具体情况下采用传统的电网升级与DG电源供电等多种电网扩充策略之间的优劣,并且探讨了包含DG的配网规划方法。但在DG对系统可靠性的影响方面还缺乏较深人的研究。(三对电能质量的影响并网DG引起配电网的各种扰动会对系统电能质量产生影响,易造成系统的电压闪变,对系统

9、产生谐波污染。(四对可靠性的影响若分布式电源仅作为备用电源,则可提高系统供电的可靠性;但是,若DG与电网并联运行,就有可能降低系统的可靠性,例如:对于含有大量DG的系统,如果DG间相互协调不好,DG就会降低系统的可靠性。另外,在系统中出现扰动时,由于DG的高度不确定性(如受太阳辐射强度影响的光伏电池,也可能降低系统的可靠性,目前,实际系统一旦出现扰动,通常会切除所有的DG,使系统恢复到原来的结构,但这并不是最佳的解决方案。文献10研究了当一个含有DG系统的配电网发生大扰动且处于紧急状态时的优化切负荷问题。文献11提出了一种可以提高系统可靠性的DG孤岛运行策略。(五对系统保护的影响传统辐射状配电

10、网的潮流是从电源到用户单向流动的,且考虑到配电网上80%的故障是瞬时的。但是,当引入DG后,配电网成为一个多电源系统,这就要求其保护设备应具有方向性,而熔断器和传统的自动重合闸装置并不具备方向性,如果用诸如继电器那样的方向性敏感元件替换配电网中所有的熔断器和自动重合闸装置,在经济上又是不可行的。另外,随着大量的DG装置参与电网供电,在新的电力市场格局下,电价将决定各个发电厂的投切。当电网电价高时,用户侧分布式电源投人发电;当电网电价低时,DG装置的用户将从电网购入电能。因此,在DG频繁投切和线路潮流方向频繁改变的情况下,如何对配电网络继电保护装置进行整定和协调,将是一个非常重要的研究课题。(六

11、对电压的影响11.对稳态电压分布的影响传统配电网一般呈辐射状,稳态运行情况下,电压沿馈线的潮流方向逐渐降低。接入分布式电源后,在稳态情况下(视负荷恒定不变,由于馈线上的传输功率减少以及DG输出的无功支持,使得沿馈线的各负荷节点处的电压有所提高,而电压被抬高多少与接入的DG的位置及总容量的大小有关。2.对系统电压波动的影响传统配电网中,有功、无功负荷随时间变化会引起系统电压波动。沿线路末端方向,电压的波动越来越大。如果负荷集中在系统末端附近,电压的波动会更大,一般尽量避免这种情况的发生。DG接入配电网后,会影响系统电压的波动,使其增大或减小。并网DG由于接入位置、容量和控制的不合理,常使配电线路

12、上的负荷潮流变化较大,加大配电网电压的调整难度并使其发生波动。3.控制措施基于以上分析可知,DG接人配电网后会对配电网的电压产生很大的影响,传统的电压控制方式可能不再适用。为此,近年来通过分析DG对配电网电压的影响,提出了许多新的控制方法。文献12通过分析DG的容量及接人位置的变化对配电网稳态电压分布的影响,提出当DG的总容量相对于网络负荷较大时,配电站母线电压应适当降低,一般通过调节步进电压调节器(SVR实现,以防止部分节点电压越限。另外,为防止在DG 退出运行后,部分节点的电压波动太大,应保证DG多发有功,少发无功,系统缺额的无功功率由其它的无功支撑设备(如电容器等补偿。文献13提出一种基

13、于PI 控制,利用变电站处潮流信息和DG所在母线的负荷信息调节可控的DG系统的输出量来补偿系统负荷波动,从而抑制系统电压波动。文献14提出可以在配电网中安装基于电力电子技术的电压补偿设备,如静止无功补偿器(SVC,通过SVC与配电网中现存的电压控制设备SVR的相互协调来抑制各种陡然变化的电压波动。该方法并没有利用较大容量的SVC完全替换已经安装在配电网上的SVR,而是选用容量较小的SVC与SVR协调控制,既弥补了由于SVR的时延性而不能迅速响应陡峭的电压波动的缺点,又具备很好的经济性,是一种比较实际可行的方法。文献15针对一组DG突然退出运行而造成系统电压波动的情况,提出可以通过投人经优化组合

14、的电容器组来抑制系统电压的波动。三、今后的研究方向展望今后,DG的应用会越来越广泛,其主要的发展趋势是将基于多种发电技术的不同DG系统接入同一配电网中进行统一调度、相互协调,为系统提供高峰电能以提高系统的稳定性和供电可靠性。对DG研究领域进行展望,其研究方向有二个:一是DG装置本身技术的进一步完善以及新型绿色可再生能源发电装置的开发;二是DG装置的快速渗透对现有电网的影响以及交互作用机理的研究。针对后一个研究方向,由于其交互作用机理错综复杂,需要进行多层次、多方面的深入研究1-4。(一建立一个普遍适用的DG与配电网的并网标准。(二研究太阳能、风能等分布式能源能量随气象条件变化的规律,建立含有随

15、机能量预测的概率模型、电网发电量预测模型。研究DG输出变化的补偿措施以减小DG的不确定性对配电系统的影响。(三建立各种分布式发电的稳态等值模型、系统的可靠性评估模型以及经济性评估模型。研究各种运行状况下以及各种网络结构下DG对电网静态稳定性及可靠性的影响,以及相应的控制策略;研究DG对电力系统中FACTS及控制装置的影响以及控制策略;研究大量DG接人配电网后对潮流、电压及电能质量等方面的影响及控制措施。(四建立各种分布式发电的暂态、动态分析等值模型;研究各种分布式电源对故障电流的影响和贡献,对配电网的暂态稳定性的影响及控制策略;研究分布式电源对电力系统的保护的影响,开展适应多端电源的继电保护研

16、究;研究故障发生时含有DG的馈线解列后,由DG维持隔离区域恢复供电的控制方法。(五研究DG对现有电力市场机制的影响以及投资体制,建立新型的用电和供电管理体系,完善相应的电力法规,提高质量,降低费用。(六实现DG系统间以及DG系统与配电网之间的相互协调和对各分布式电源的调度,这将涉及到通讯技术、GPS技术、DSP技术以及电力系统的动态测量和在线检测技术在分布式发电中的应用研究。(七由于DG通常归不同所有者拥有,其运营具有较强的独立性,因此,考虑DG的独立性和随机性等特点,建立能够对DG实现全面监测、控制和调度的新型SCADA体系,研究含有分布式能源的新型电力系统控制中心。(八含有大量DG的配电网

17、的规划和设计,如何确定配电网中不同类型DG的安装地点、安装容量、渗透极限,以保证系统的经济性和安全性综合最优化;研究分布式能源电力系统的随机潮流模型与算法、分布式能源电网的电压与无功控制策略,以及改进和提高系统承受随机电能的能力的方法;研究随机发电功率与常规发电功率的协调控制方法,找到系统的最佳运行点。参考文献:1李蓓,李兴源.分布式发电及其对配电网的影响J.国际电力,2005,9(3:45-49.2王建,李兴源,邱晓燕.含有分布式发电装置的电力系统研究综述J.电力系统自动化,2005,29(24:90-96. 3梁有伟,胡志坚,陈允平.分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述J.电网技术,2

18、003,27(12:71-75. 4韦钢,吴伟力,胡丹云等.分布式电源及其并网时对电网的影响J.高电压技术,2007,33(1:36-40.5Ackerman T,Knyazkin V. Interaction between distributed generation and the distribution networkC.Transmission and Distribution Conference and Exhibition: Asia Pacific, IEEE/PES, 2002,V ol.2:1357-1362.6Racklifff G. Guidelines for P

19、lanning Distributed Generation Systems. 1n: Proc. of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, V ol.3. Seattle (WA.USA. 2000:1666-1667.7Welch G. Distributed Generation Planning, In: Proc. of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, V ol .1. Seattle (WA, USA: 2000:1660-1562.8Cell

20、 G, Pilo F. Optimal Distributed Generation Allocation in MV Distribution Networks. In: Proc. of 2001 IEEE Power Engineering Society(下转130页它要超越学术权力、驾驭学术权力、以行政权力代替学术权力。行政权力的重要一面是在保障学术权力上行使权力,离开这一点,学校行政权力必将演化为官僚与腐败。(三充分发挥学术权力在决策管理中的作用我国高等学校主要决策机构的现实构成是党政干部、行政权力,应当逐渐增加学术人员、学术权力9。学校内要适当分权,除大政方针、重大问题外,学术性

21、的事务应尽可能交由学术人员组成的学术机构去审议、决策。另外,高校的党委会基本上是由学校主要领导、党群部门负责人构成,成员基本上是党政人员。要从高等教育的特点出发,高等学校党委会应该包括学术人员,如党员中的教授或副教授(可以没头衔代表若干人,这样,有利于吸收教学、科研第一线人员的意见,有利于学校大政方针制定和重大问题决策,有利于改善学术权力和行政权力的关系6。(四保障学术机构成员的素质学术机构成员应是有水平、有声望、为人正派、责任心强的学者,是“真正的教授”,而且应该具有广泛的代表性。但现在的情形与此相距甚远,在很多地方高校,仅有的几位教授大部分都去担任了校行政官员,另一些行政领导由于所处权力位

22、置,从未“教”和“授”,也能弄个教授、副教授,从未搞过象样的研究,也是研究员、副研究员。由于“学术机构官僚化”,此类“行政教授”反而能捷足先登,大量涌进各类学术委员会,致使学术机构很大程度上已不能代表学术力量,自然也就难以依学术标准取人,难以提出真知灼见2。因此,应明确规定无行政职务教授在各类学术机构中应占有的比例,应通过民主选拔和领导考察相结合的方式,使他们能够进入学术机构。总之,不管是从高教管理学的理论研究,还是高校内部体制改革地位研究,以及从高等学校管理实践来看,都要对高校中学术权力和行政权力问题进行深入的研究和探索。只有正确地处理行政权力和学术权力两者之间的关系,地方高校才能实现更好更

23、快的发展。参考文献:1董云川.论大学行政权力的泛化J.高等教育研究, 2000,(2:63-67.2胡仁东.高校质量保证学术权力与行政权力的合理配置J.徐州师范大学学报(哲学社会科学版, 2003,(4:144-146.3林志达.试论高校行政管理与学术管理关系的有效协调J.昆明理工大学学报(社会科学版,2008,(10: 92-96.4沈刘峡.对高校内部管理中行政权力学术权力的几点认识J.石油大学学报(社会科学版,2002,(6:91-94.5盛正发.大学学术权力与行政权力场效应研究J.高教探索,2007,(6:13-16.6眭依凡.教授治校:校长民主管理学校的理念与意义J.比较教育研究,20

24、02,(2:2-7.7肖应红.关于我国高校行政权力泛化问题的反思J.辽宁教育研究,2004,(2:35-37.8殷朝峰,夏民.行政权力和学术权力的比较分析J.江苏大学学报(高教研究版,2003,(3:15-18.9袁祖望.论高校学术权力的弱化与强化J.高教管理, 2004,(3:54-56.10张得祥.高等学校的学术权力与行政权力M.南京:南京师范大学出版社,2002:145-148.(上接122页Meeting, Sydney (Australia: 2001:31-86. 9Cell G, Pilo F. MV Network Planning Under Uncertainties on

25、 Distributed Generation Penetration. In: Proc. of 2001 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, V ol. 1.Vancouver (Canada:2001:480-90.10XuD, Girgis A A. Optimal load shedding strategy in power systems with distributed generationC.IEEE Power Engineering Society Transmission and Distribution Conference. Asia Pacific, 2001:788-793. 11Hegazy Y G, Chikhani A Y. Intention islanding of distributed generation for reliability enhancementC. Quality and Security of Electric Power Delivery Systems, CIGRE/IEEE PES International Symposium, 2003: 208-213.12王志群,朱守