智能电网中的分布式发电技术综述-智能科学论文发表

智能电网中的分布式发电技术综述
卢洵史正军
摘要：各种分布式电源灵活、友好的接入电网是智能电网的重要目标之一。随着智能电网概念的兴起，分布式电源的接入技术受到越来越多的重视。文章简要介绍了分析了分布式电源接入对电网产生的影响，并着重讨论分析了分布式发电技术在智能电网中的发展方向。
关键词：分布式发电；智能电网；微网；虚拟发电厂
引言：在世界绿色产业革命的大环境下，人类面临化石能源资源短缺、地球气候变暖等一系列严峻问题，智能电网所提出的“安全、经济、高效、清洁、低碳”的变革理念标志着世界电力发展进入了一个新的历史阶段。分布式发电（Distributed Generation, DG）作为高效、清洁、灵活的发电技术，成为智能电网中关键技术领域之一。文章对分布式电源并网对系统的影响进行归纳分析，并对分布式电源技术在智能电网中的发展方向进行了展望。
1 分布式电源接入对智能配电系统的影响
1.1 对系统规划的影响
分布式电源并入电网，将对传统的配网规划带来较大的复杂性和不确定性[1]。分布式电源增大了区域内负荷增长及分布的预测难度，同时其安装位置的不确定性及固有的间歇性、随机性加剧了配电规划工作的难度；智能配电网规划中，主要需给出分布式电源的最优接入位置及容量，解决可再生能源的友好接入问题，降低配网规划的复杂性，保证配网整体运行的安全性和经济性。
1.2 对电网运行的影响
分布式电源接入电网，系统供需平衡被打乱，系统频率将发生变化；分布式电源的启动和停运将造成配电网明显的电压闪变；分布式电源的电压调节及控制将产生开关器件频率附近的谐波分量，造成谐波污染；可见分布式电源并网将对系统电压、电能质量、网络损耗等诸多方面产生负面影响[1]。
1.3 对系统保护的影响
目前，我国中低压配网大都是单侧电源、辐射型10kV（35kV）网络，馈线保护装设在变电站内馈线断路器处，采用保护和测控一体化装置，一般配置传统的三段式电流保护，即瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护，采用时间配合的方式实现全线路的保护。
上述馈线保护方式只适用于单侧电源供电的辐射状馈线网络。分布式电源接入配电系统后，使配电系统变成多源网络，网络中的潮流分布及故障时短路电流的大小、流向和分布均会发生变化，传统配电网中保护之间的配合关系被打破，保护的动作行为和性能都会受到影响，甚至无法起到保护作用。对基于重合器、分断器的馈线自动化装置可能导致重合器误动、相邻线路的瞬时速断保护误动、分断器计数不正确等[2-5]。
对于这些问题，国内外已经有了广泛的探讨，提出了各种解决办法。一类是改进型的方法，利用现有的保护装置根据分布式电源的接入位置进行分区域设计；另一类是网络式保护，依靠通信网络解决传统保护装置的不足。
2 分布式电源接入技术在智能电网中的发展方向
2.1 储能技术
储能系统由两部分组成：由储能元件(部件)组成的储能装置；由电力电子器件组成的能量转换系统（Power Conversion System，简称PCS) 。储能装置主要实现能量的储存、释放或快速功率交换[14]，能量转换系统通过电力电子设备实现充放电控制、交直流电转换、功率调节控制及运行参数检测监控等。
目前国内外研究的应用于分布式电源中的储能装置主要为：
1）蓄电池储能[6]：蓄电池储能可与超级电容器联合使用。但其存在投资高、寿命短、环境污染等诸多问题。目前已有各项新型蓄电池的相继研发成功。
2）超导储能[6]：超导储能装置将能量存储在由电流超导线圈的直流电流产生的磁场中。其主要受到运行环境的影响，即使是高温超导体也需要运行在液氮的温度下，这是目前利用超导储能的瓶颈。
3）超级电容储能[6]：超级电容器容量可达几百至上千法拉。与传统电容器相比,它具有容量大、能量搞、工作温度范围宽和使用寿命极长的特点；与蓄电池相比,它功率较高，且对环境无污染。因此，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。
4）飞轮储能[6]：飞轮储能是一种新型的机械储能方式，它将能量以动能的形式存储在高速旋转的飞轮中。它拥有储能密度高、无过充放电问题、充电时间短、对温度和环境不敏感等优点，运用于分布式发电技术中拥有较大的优势和竞争力。
智能电网中，储能技术需要解决分布式发电与储能装置容量配置问题、电力电子装置接口的拓扑结构、控制及保护技术、智能充放电控制及储能装置维护等方面的问题。
2.2 微网协调控制技术
微网技术将分布式电源、储能装置、电力电子设备及终端用户有效整合，形成电力系统中的一个可控单元，可以灵活地并网和独立运行，其入网标准只针对微网和大电网公共连接点（PCC）上，解决了分布式电源大规模接入问题，能进一步提高电力系统运行的灵活性、可控性和经济性，更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求。
微网的运行离不开完善的稳定与控制系统。协调控制技术是微网研究中的一个难点问题。目前国内外对微网协调控制技术的研究主要集中在三个方面，分别为对等控制(peer to peer) [7]、基于功率管理系统控制（PQ控制）[8]以及主从控制（master-slave）。
在智能电网的微网协调控制策略中，为实现分布式电源灵活、安全接入电网，应该有针对性地选择协调控制策略：对于微型燃气轮机和燃料电池等能输出稳定电能的分布式电源，可采用PQ控制或对等控制策略；而对于风电、光伏发电等间歇性强的电源，一般采用PQ控制策略[8]。总之，微网的协调控制技术的实用化仍有许多问题尚待解决，但其发展潜力十分巨大。
2.3 虚拟发电厂技术
为了克服风能、太阳能等可再生能源的间歇性，电力系统往往需要增加备用容量，从而使得这些电源的经济性降低。随着这些电源比例的逐步提高，电网的运行和调度的问题变得越来越突出。
目前欧洲提出了利用分布式能量管理系统（DEMS）的虚拟发电厂（Virtual Power Plants，VPP）技术[9]。虚拟发电厂把一个地区的分布式电源、储能装置和负荷集成起来，虚拟成电网一个独立个体，具有类似大规模发电厂或集中负荷一样的可控性，可以提前向电网提交发电计划和负荷需求。
3 结语
分布式发电技术的研究和应用在我国已取得不少成果，但仍有许多问题需进一步研究解决。随着智能电网工作的不断推进，不仅可作为传统供电模式的一种重要补充，还将在能源综合利用上占有十分重要的地位，将成为未来能源领域的一个重要发展方向。
参考文献
[1] 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
[2] 胡成志，卢继平.分布式电源对配电网继电保护影响的分析[J].重庆大学学报，2006，29(8) [3] Girgis A, Brahma S.Effect of Distributed Generation onProtective Device Coordination in Distribution System [C]//2001 Large Engineering Systems Conference on PowerEngineering, Canada, 2001:115-119.
[4] 王希舟，陈鑫. 分布式发电与配电网保护协调性研究[J].继电器，2006，34(3)：15-19.
[5] 黄伟，雷金勇.分布式电源对配电网相间短路保护的影响[J].电力系统自动化，2008，32(1)：93-97.
[6] 李　鹏, 张　玲, 盛银波，新能源及可再生能源并网发电规模化应用的有效途径——微网技术[J].华北电力大学学报，2009，36（1）：10-14
[7] 鲁宗相，王彩霞，阂勇，等．微网研究综述[J]．电力系统自动化，2007，31（19）：100-108
[8] 王成山，肖朝霞，王守相，微网综合控制与分析[J].电力系统自动化，2008，32（7）：98-103
[9] Siemens PTI，Virtual Power Plants: basic requirements and experience and practice，www.pti-us.com，2006