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1、微电网技术现状及发展方向分析摘要:伴随着智能电网建设的全面推进，未來的电网系统可通过能效电厂、智能 变电站以及微电网来整合分布式电源,使得分布式电源能够平滑接入电网或独立 运行，实现分布式电源与负荷的一体化运行，充分满足电力用户对供电可靠性、 安全性和电能质量的要求。分布式发电有望成为能源系统中极其重要的组成部 分，并在现代能源体系中发挥着越來越重要的作用。一般意义上说 ,分布式电源 通常装设在用户侧，利用可再生能源或化石能源 ,并就地消纳所产生的能源，从 而实现能源的梯级利用。它们具有经济效益好、能源利用效率高、节能环和发电 方式灵活等优势,有利于实现能源体系的多元化清洁发展。关键词：分布式
2、技术；微电网；方向；措施0 引言近年来，随着电力市场改革巧伐的推进，以及低碳经济目标的细化，分布式 电源得到迅速发展。与此同时,政府也陆续出台了多部政策支持分布式发电及并 网的发展。本部分将简要概述分布式发电,并对我国分布式发电现状和分布式发 电并网相关政策进行分析.在这种情况下,清洁能源和可持续能源的开发和利用被 人们寄予厚望。近几年来,我国煤炭等常规能源严重紧缺，因为燃煤而导致的大 气污染等环境问题也日益加重.以集中的、单一的供电方式为主要特征的电力系 统引起的能源问题、环境问题越来越引起社会的广泛关注。寻求新型清洁能源和 更加优化的电力系统结构已经成为当务之急.为了满足我国经济发展和环境
3、治理 的双重需要，在现有电网上大力发展分布式发电技术将是电力系统今后发展的必 然趋势。1 发展微电网的意义随着终端用户用电多样性不断増加、供电可靠性要求不断提高，分布式电源 应运而生.首先是在欧美发达国家推广应用，包括分布式风电、光伏、生物质能 燃气等清洁能源发电，一般发电功率在数千瓦至数百兆瓦。随着新能源发电技术 的不断进步,分布式电源在能效和环保方面的优势逐渐凸显，吸引了越来越多的 投资者,并网规模也随之增加。通常情况下,分布式电源反屈迅速，风电、光伏、 小水电，以及储能设备等分布式电源肩停迅速，可以快速响应负荷需求 ,能够在 大电网发生重大事故时发挥重要的作用。分布式发电1-3是利用各种
4、可用和分散存在的能源，包括可再生能源（如太 阳能、风能、生物质能、小水电、地热能等）和不可再生能源（如热电联产、微 型燃气轮机、燃料电池等）进行发电,是分布式能源最清洁、最高效的利用方式。 可再生能源大多处于广大的农村,因此分布式发电接入农村配电网是必然趋势.农 村配电网作为配电网重要组成部分，具有配电线路长、分支结构复杂、负荷节点 多且分散的特点,因此潮流计算较困难。并且分布式发电引入农村配电网后，改 变了农村配单网的结构，对农村配电网的潮流、节点电压、网络损耗等都会带来 影响，其影响程度与分布式发电的类型、接入位置和容量等密切相关 4-5。王志 群等结合DG出力变化、接入位置变化等试验，总
5、结了 DG接入位置和出力限 制方面的运行规律。刘磊等7采用电压变化率指标分析了 DG 接入前后各节点电 压变化情况，得出 DG 在配电网中接入位置和注入容量的改变对配电网电压分布 和网损的影响，但上述两个文献在潮流计算中都将DG作为PQ节点处理。陈海焱 等根据DG与配电网的3种接口形式，将DG化为3种节点类型，提出一种基于 灵敏度矩阵补偿的直接潮流算法，但是没有对DG引入后配电网电压及网损进行 详细分析。基于此，本研究根据各种 DG 的运行方式和控制特性的不同，将 DG 接入农村配电网的节点模型化分为3类：PQ型、PV型和PQ（V）型。以IEEE 33节 点配电系统为例，采用改进前推回代算法对
6、这3种类型DG接入农村配电网进行 潮流计算，分析农村配电网中不同类型DG接入位置、容量变化对系统电压分布 和网损的影响。分布式发电是指直接接入配电网或分布在负荷附近的、靠近用户侧安装的出 力在几十千瓦到一百兆瓦之间的中小型发电装置9。它可以独立运行并且直接为 用户提供电能，这在孤立、偏远地区比较常见。另外在一定条件下分布式发电也 可以通过一些电力电子设备与配电网直接相连，从而实现并网供电 10。分布式 发电包括燃气轮机发电、小功率内燃机发电、燃料电池、风力发电、太阳能发电、 小水电、海洋能发电、生物质能发电等等.它的主要分类形式有:是否与电网联 结。独立不并网运行的分布式发电一般应用于孤立、偏
7、远地区或者大电网没有覆 盖到的地区。它们通常利用独立的电源,以风力或者柴油为动力发电。另外还有 大量的分布式电源并网运行，比如热电联产、冷热电联产等。常规能源与可再 生能源。根据发电一次能源来划分可以分为常规能源发电和可再生能源发电。常 规能源发电包括利用油汽、柴油等燃料发电，可再生能源发电则包括利用风能、 太阳能、水能潮汝能等发电.产品角度。从产品构成的角度来看,可分为简单的 供电、热电联产和冷热电联产的方式。与简单的供电相比 ,冷热电联供系统可以 显著提高系统的能源利用效率，同时也减少了对环境的污染 ,是一种分布式电源 发展的主要发展方向11。2 分布式发电发展现状当前分布式发电主要包括以
8、下 3 种运行方式：独立运行、备用运行以及与大 系统并网运行。其中独立运行是指分布式发电可作为其独立电源供应电能；备用 运行是将分布式发电作为有些敏感负荷的备用电源。但是更多的情况下，考虑到 基于可再生能源的分布式发电的出力会受到自然条件的影响，可以将部分分布式 发电作为备用电源并入当地配电网,以实现对当地用户负荷的电力补充，从而提 高供电可靠性.目前，我国分布式发电和大规模并网仍处于起步阶段，总装机容量仍较低 , 且在新能源利用技术方面仍缺乏具有自主知识产权的核也技术。此外，分布式发 电发展状况因地区经济条件和社会条件不同而存在不同程度的差异 .随着分布式 发电的快速发展，其渗透率不断增加时
9、，将会对电网产生不利影响 ,电网能否在 确保网络可靠、安全的基础上尽可能多的消纳分布式发电 ,如何激励电网企业积 极消纳分布式发电，相关鼓励政策是否符合实际需要并发挥其推动作用，都是当 前乃至未來一段时间需要解决的关键问题。欧洲发达国家和美国、日本等已开始研究并采用多种次能源形式的结合，探 索大电网系统和分布式发电系统相互补的供电方式，以节省电网投资、降低能耗、 提高系统安全性和灵活性。美国有 6000多座分布式电源站，并计划到 2020 年将 2030%的建筑改由分布式电源供电;英国有 1000 多座分布式电源站；日本的 分布式电站有500多家，总容量超过600万kW.目前我国电网还主要以大
10、机组、 大电网的集中供电为主，分布式发电在我国处于刚起步阶段，但分布式发电的特 点十分适应中国电力发展的需求与方向。我国大力发展分布式发电具有非常重要 的战略意义：利用可再生能源以解决能源与环保的问题；提高能源利用率，解决 缺电地区的用电问题，为大电网提供补充和支撑。在适当的位置装设容量合理的分布式电源可以解决偏远地区的小负荷用电 , 有利于减少新的输电走廊和提高供电稳定性。这使得分布式发电在节能、环保、 经济投资和电力系统安全稳定等方面都有贡献 11。与传统发电形式相比,分布式 发电具有以下特点：节能效果好。传统的发电能源构成模式单一，相比之下分 布式发电可以同时提供热、电或者冷、热、电多种
11、能源模式.能源利用率最高可 达 80以上,是一般火电机组的二倍。另外，风力发电、太阳能发电、地热能以 及潮汝能发电等利用天然可再生能源的分布式发电节约了地球上有限的不可再 生资源，不会面临能源枯竭的问题12。环境负面影响小。风能、太阳能、地热 能、潮汝能等可再生能源均为清洁能源,在发电过程中不会排放二氧化碳、二氧 化硫、一氧化氮和二氧化氮等有害气体。这使得利用这些清洁能源发电的分布式 发电具有良好的环保性能。此外，分布式发电靠近用户负荷，这也可以避免传输 线的电磁效应。分布式发电比传统的大型发电厂投资成本低、风险小、占地少、 施工周期短，更有利于尽快的解决电力能源短缺问题。可以降低网损.传统模
12、式 有约百分之十的网络损耗，在中国这一数字有时可髙达 15。分布式发电并网 并且建在负荷中心附近的位置的可以减少输变电环节，降低线路损耗。提高供 电可靠性。近年来电力需求急剧增长，大型发电厂建设的同时必然会带来电网的 急剧膨胀.这使得供电的安全可靠和电网的稳定性不能得到保障.分布式电源的控 制设备性能先进、开停方便、操作简单,可以灵活调节，能够大大提高供电网络 协调的可靠性，以弥补其安全性和稳定性。此外，它还可以保持在地震、风暴、 人为破坏等意外和灾害情况破坏了电网供电的情况下为重要的用户供电。服务 的多样性.分布式发电可以提供冷气、热量、电能三种能源，可以根据用户的具 体要求提供不同的温度水
13、平的热与冷。开辟了可再生能源应用新方向。我国有 丰富的可再生能源资源，但因为其密度低和分散性强难以集中应用。分布式发电 为可再生能源提供了新的发展和利用方向.3 分布式发电技术对电网影响3.1 对电网质量的影响在分布式电源中，光伏电池、储能设备、微型燃气轮机以及大部分风力机等， 都不能直接产生工频电压，需要通过整流、逆变等电力电子器件来进行转换 ,这 些器件会对电网的电能质量产生一定的影响。1）易造成系统的电压闪变.分布式发 电的启动和停运易造成配电网电压闪变;分布式发电输出突然变化,以及与反馈环 节的电压控制设备相互影响,也会直接或间接引起电压闪变。2）对系统产生谐波污 染.逆变器开关器件频
14、繁开通和关断，易对电网造成谐波污染。3）对系统稳态电 压产生影响。集中供电配电网一般呈辐射状，稳态运行状态下沿馈线潮流方向电 压逐渐降低.分布式发电并网后由于馈线上的传输功率减小以及分布式系统输出 无功，沿馈线的各负荷节点处电压被抬高，导致一些负荷节点的电压偏移超过允 许值。3.2 对继电保护的影响 常规配电网的潮流是从电源到用户，单向流动,由于只有一个电源向故障点 提供电流 ,因此清除故障只需要跳开系统侧的断路器就能完成 .引入分布式电源 后，配电网成为一个多电源系统，故障发生会引起短路电流大小和短路电流方向 改变,因此要求其保护设备具有方向性。熔断器和传统的自动重合闸装置并不具 备方向性,
15、若用方向性继电器替换配电网中所有的熔断器和自动重合闸装置,经济 性上不可行。常规做法是在发生故障情况时断开全部分布式发电单元，使系统恢 复到分布式发电单元没有接入的结构，再采取传统的继电保护方法.3。3 对可靠性的影响 如果分布式发电仅作为备用电源，可以提高电力系统供电的可靠性；但如果 分布式发电与电网并联运行，就可能降低电力系统的可靠性。3.4 对潮流的影响传统配电网为辐射形网络, 线路潮流一般由电源侧指向用户端 .当配电网中 含有分布式电源时线路潮流的方向和大小与分布式发电容量、接入位置等因素有 关。风力发电机多为异步发电机,运行需无功功率,会加重电网无功功率的负担， 解决方法是就近安装无
16、功补偿装置.4 微电网相关问题及技术措施4.1 电能质量问题1）出现高电压问题。配电网馈线上分布大量用电负荷，其节点电压通常沿 线下降.当馈线接入分布式电源之后 ,注入系统的功率会抵消负载电流 ,从而引起 系统电压降落减小，特别是当负荷减小时，分布式电源接入处的电压会出现波峰， 甚至超过电压允许的波动范围。2）谐波污染问题。微电网中大量电力电子器件的应用，不可避免地给系统带 来大量谐波,谐波的幅度和阶次受发电方式以及转换器工作模式的影响，同时对 电压的稳定性和电压的波形都产生不同程度的影响.3）频率/电压闪变问题。在传统电力系统中，由于同步发电机具有较大的惯 量，可通过频率的轻微变化满足负荷变动时的初始功率平衡，然后功率调节器使 系统的频率恢复到额定值13；而在微电网中，由于大量 DER 的间歇性与不可控 性，再加之大量电力电子器件的使用降低了系统惯性，在能量需求变化的瞬间 DER 无法满足负荷需求，对系统造成冲击和频率
