1、文库下载 免费文档下载http:/ 35 卷 第 13 期 继电器 Vol.35 No.13 2007 年 7 月 1 日 RELAY July 1, 2007分布式发电技术及其对电力系统的影响钱科军，袁 越（河海大学电气工程学院，江苏 南京 210098）摘要：随着公平竞争的电力市场逐步建立，分布式发电将凭借其投资省、发电方式灵活、与环境兼容等优点拥有越来越大的市场份额。大量分布式发电系统接入电网，将对传统电力系统产生巨大的影响。首先介绍了分布式发电技术的基本概念以及其相对于集中发电方式的显著优点，并对现在比较热门的几种分布式发电技术做了介绍，然后分析了分布式发电对现有电力系统的影响，指出当
2、大量分布式电源接入系统后，它对系统的影响不再局限于配电网，而将对整个电力系统的动态性能产生巨大的影响。关键词: 分布式发电；分布式电源；配电网；可再生能源；电压稳定；电力零售市场Distributed generation technology and its impact on power systemsQIAN Ke-jun, YUAN Yue文库下载 免费文档下载http:/ of Electrical Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)Abstract: Distributed generation (DG) wi
3、ll own more shares in the near future under fair competitive electricity market, because of the following advantages of saving investment, flexibility and environmental cohttp:/ The interconnection of DG will have great impact on traditional power systems. This paper puts forward the concepts of the
4、 distributed generation and its prominent advantages against the conventional centralized electric power system, introduces some kinds of distributed generation technologies, and analyzes the impacts of distributed generation on the existing power systems. It is pointed out that when the penetration
5、 level of distributed generation increases, the impacts of DG are no longer restricted to the distribution network but starts to influence the dynamic behavior of the power system as a whole.Key words: distributed generation; distributed sources; distribution network; renewable sources; voltage stab
6、ility; retail electricity market中图分类号： TM71 文献标识码： A 文章编号： 1003-4897(2007)13-0025-05 0 引言当前我国的供电系统是以“大机组、大电网、高电压”为主要特征的集中式单一供电系统，这种集中发电、远距离输电和大电网http:/ 互联的电力系统自身存在一些弊端：技术复杂，管理水平要求极高，安全稳定性不足。电网上任何一点的故障都可能引起大面积停电和全网的崩溃，如 1987 年的东京大停电和 2003 年 8 月 14 日的美加大停电；不能满足当前对环保的要求和限制。我国当前以火力发电为主，发电过程中产生文库下载 免费文档下
7、载http:/ ，为了这些短暂的峰荷建造新的发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低。近年来，分布式发电凭借其投资省、发电方式灵活、与环境兼容等优点而备受关注，它与电网联合运行可以提高系统的经济性、安全性、可靠性和灵活性，并且满足了可持续发展的要求，大大减轻了环保的压力。1 分布式发电的定义目前，分布式发电的定义尚未得到统一，一般认为，分布式发电 DG (Distributed Generation)指的是为满足用户特定的需要、支持现存配电网的经济运行或同时满足这两方面的要求，且在用户现场或靠近用户现场配置功率为数 kW 到 50 MW 的小型、与环境兼容的发电机组；从更广泛的定义来看，分布式发
8、电指的是任何安装在用户附近的发电设施，包含热电联产、冷热电联产以及各种蓄能技术等，而不论这种发电形式的规模大小和一次能源的使用类型1。分布式发电的一些其它定义如下2：- 26 - 继电器? 任何与配电网相连的发电设施。? 商业备用柴油发电机，例如，医院和宾馆安装的柴油机。? 家庭备用发电机。? 电力公司安装在变电站的发电设施，用于提供电压支持或提高系统可靠性。? 用户现场或靠近用户现场配置功率为数千瓦到 50 MW 的小型发电设施。文库下载 免费文档下载http:/ 安装在负荷中心或靠近负荷中心的发电设施。http:/ 目前，对这一新的发电形式的正式称谓还不统一。在英属国家，习惯叫做“嵌入式发
9、电”(Embedded Generation)3；在北美，叫做“分散式发电”(Dispersed4Generation)；在欧洲和亚洲的部分国家，叫做“非集中式发电”(Decentralized Generation)5。2 分布式发电的分类按发电能源是否可再生将分布式发电分为两类：一类称为利用可再生能源的 DG，主要包括太阳能光伏、风能、地热能、海洋能等发电形式；另一类称为利用不可再生能源的 DG，主要包括内燃机、热电联产、燃动机、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式6。下面将对目前比较关注的几种分布式发电技术做介绍： 2.1 燃料电池威廉格鲁夫(W. Grove)于 1839 年发明了燃料电池
10、以来，它的开发使用至今已逾 150 年了。燃料电池(Fuel cell)是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将富氢燃料的化学能转化为电能的发电装置。其工作原理与一般的电池相似，见图 1，基本上由电子导电的阴极和阳极及离子导电的电解质构成。在电极与电解质的界面上电荷载体由电子变为离子，在阳极（燃料电池的负极，又称燃料极）进行氧化反应，燃料扩散通过阳极时失去电子而产生电流。在阴极（燃料电池的正极，又称空气极）进行还原反应。当外部不断地输送燃料和氧化剂时，燃料氧化所释放的能量也就源源不断地转化为电能和热能7。燃料 DMFCMCFCSOFCPEMFC文库下载 免费文档下载http:/ 。与常规发电方式
11、相比燃料电池具有以下优8点：不受卡诺循环限制，能量转换效率高；发电效率可达 50%60%，组成http:/ 的联合循环发电系统在 1050 MW 规模即可达到 70%以上的发电效率；与传统的火电机组相比，CO2 的排出量可减少 40%60%，NOx 和 SOx 的排放量很少；小型高效，可提高供电可靠性；低噪音、电力质量高；适应负荷变化的能力强；燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、汽油、柴油等；模块化结构，扩容和增容容易，建厂时间短；占地面积小于 1m2/kW；自动化程度高，可实现无人操作。 2.2 风力发电风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，由于风力发电环保可再生、全球
12、可行、成本低且规模效益显著，已受到越来越广泛的欢迎，成为发展最快的新型能源之一。风力发电形式可分为离网型和并网型。并网型风力发电是大规模开发风电的主要形式，也是近几年来风电发展的主要趋势。并网型风力发电通常有多台容量较大的风力发电机组构成风力发电机群，称其为风电场(也称风力田、风田)9。因此风电场具有机组大型化(50 kW2 MW)、集中安装和控制的特点。风电场的主设备为风力发电机组，发电机经变压器升压与电力系统相连。并网型风力发电机组主要由风力机和发电机构成。 风力机。风力机通过叶片捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。对一台实文库下载 免费文档下载http:/ Pm 的表达式为：3
13、(1) Pm=0.5ACpVw 其中: 是空气密度(kg/m3)，A 是风机叶片的扫掠面积(m2)，Vw 是作用于风力机的迎面风速(m/s)， Cp 是风能转换效率系数。风力机的整体设计和相应的运行控制策略应尽可能追求 Cp 最大，从而增加输出功率。 发电机。目前风力发电所采用的发电机主要有两种：同步发电机和异步发电机，采用最多的是异步发电机。异步发电机由于它的低耗、高可靠性、无需励磁装置和电刷、结构简单尺寸小、坚固耐用、基本上无需维修等优点，已成为风力发电系统的理图 1 燃料电池工作原理图 Fig.1 Fuel cell basics钱科军，等 分布式发电技术及其对电力系统http:/ 的影
14、响 - 27 -想设备。风电具有明显的环保效益，可以减少污染气体的排放量；同时，风力发电可用于无电网的地区，为边远的农村、牧区和海岛居民提供生活和生产所需的电力。2.3 太阳能光伏电池太阳能光伏电池 PV (Photovoltaic Cell)发电技术利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转化为电能。白天发电的盈余倒送电网，晚间用户从电网取电。采用光伏电池发电具有不文库下载 免费文档下载http:/ t 时刻其输出功率表达式为：I?A? (W) (2) Pg=860.4其中:I 为总辐射强度，单位为 W/m2，A 为单个太阳能电池组件的面积，单位为 m2， 为电池组件的额定转换效率。设在 t 时
15、刻阵列共有 n 块组件正常工作，那么阵列输出的总功率为nP。 2.4 微型燃气轮机微型燃气轮机是指功率为 2575 kW 的以天然气、丙烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机。与现有的发电技术相比，微型燃气轮机的发电效率较低，满负荷运行时效率为 30%，半负荷运行时效率为 10%15%，然而，若实行热电联产，效率可提高到 75%。微型燃气轮机的特点是体积小、重量轻、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电源之一。机、无励磁调节能力的同步发电机和燃料电池等几种典型 DG 进行建模，并提出了基于灵敏度补偿的配电网潮流计算方法，适合包含各种不同 DG 形式的多电源配
16、电系统。分布式发电对配电网电压的影响主要如下： 分布式发电的接入会对配电网馈线上的电压分布产生重大影响，具体影响与分布式电源的容量大小、接入位置有很大的关系13。 同样渗透率（Penetration Level）的分布式电源集中在同一节点，对电压的支持效果http:/ 要弱于分布在多个节点上。 稳态情况下，由于馈线上传输功率减小以及 DG 输出的无功支持，使得沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高。文库下载 免费文档下载http:/ Bakersfield 的 Seawest 风电场就经常出现电压稳定问题导致电网无法接受风电，强迫风电场停机。 3.2 分布式发电对电能质量的影响分布式发电是建立在电力
17、电子技术基础之上的，大量的电力电子转换器增加了大量的非线性负载，将会引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波污染，分布式发电对电能质量主要有两个方面的影响： 电压闪变。分布式发电引起电压闪变的因素包括：某个大型分布式单元的启动、分布式单元输出的短时剧变以及分布式单元与系统中电压反馈控制设备相互作用而带来的不利影响。 引入大量谐波。由于大量电力电子器件应用于分布式发电，所以不可避免地给系统带来大量谐波，谐波的幅度和阶次受到发电方式以及转换器的工作模式的影响。文献14分析了分布式电源对电能质量的影响，针对大型配电网讨论引入 DG 后一些重要母线的谐波电压水平，提出可以在谐波电压水平较高的母线
18、上安装特殊滤波器来抑制谐波。虽然分布式发电的引入会造成电压闪变，并引入大量谐波，但是分布式发电也存在改善电能质量的潜力，当电网关联负载较大时，分布式发电可以快速投入使用，使系统尽可能减少故障，提高整个电网的稳定性，从而保证了电能质量。 3.3 分布式发电对继电保护的影响3 分布式发电对电力系统的影响由于分布式发电日益与大电网联合运行，给现代电力系统运行与控制带来了巨大的影响。 3.1分布式发电对电力系统电压的影响分布式电源主要接入配电网，在接入 DG 之后，配电系统从放射状结构变为多电源结构，潮文库下载 免费文档下载http:/ 压也发生变化11，原有的调压方案不一定能满足接入分布式电源后的配
19、电网电压要求。因此必须评估分布式电源对电力系统电压的影响，以保证在分布式电源应用越来越多的情况下它们不会给用户带来不良后果。潮流计算是对这种影响进行量化分析的主要手段，但传统的潮流计算方法由于没有考虑分布式发电的影响，因而失效。文献12对异步发电- 28 - 继电器大多数配电系统尤其是在农村，其结构呈放射状，采用这种结构的主要目的是为了运行的简单性和过电流保护的经济性，当配电网中接入了分布式电源之后，放射状网络将变成遍布电源和用户互联的网络，潮流也不再单向地从变电站母线流向各负荷，因此，分布式发电将对配电网原有的继电保护产生较大的影响15：1) DG 运行时可能会引起继电保护的失效。DG 产生
20、的故障电流可能会减小流过馈线继电器的电流，从而使继电保护失效。2) DG 接入配电网后可能会使继电保护误动作。相邻馈线的故障有可能会使原本没有故障的馈线跳闸。3) 改变了配电网的故障水平。故障水平提高还是降低取决于运行的分布式电源数量和种类，故障水平的提高要求开关设备的升级，故障水平的降低可能会给过电流保护带来问题。因此，若某配电区域的分布式电源容量很大，而使故障电流产生大幅度的变化，则必须提高其断路器的容量和升级保护装置。3.4 分布式发电对电力市场的影响电力工业解除管制和电力市场的兴起，使得各种分布式发电方式能够在统一开放的交易市场上进行公平竞争，从而为电力用户提供多种选择的机会16：不同
21、的电力供应商；不同时段的用电；不同的供电质量；不同计量方式；不同的费率结构；不同的付款方式；文库下载 免费文档下载http:/ 自己发电并向电网卖电。根据发电竞争市场的电价信息和零售电力市场的需求信息，用户完全可以用活自己的分布式电源，让它发挥更大的作用，产生更大的效益，为自己或者附近用户提供供暖和供电服务。电力零售市场的建立将会确立电力零售机制，任何形式的发电商都可以作为电力供应商向零售电力市场提供电力产品，在零售市场上公平竞争。 3.5 其他影响分布式电源接入电力系统后，除了会对系统产生上述影响外，还存在一些其他方面的问题，有待于进一步研究，例如，由于分布式发电的兴起，当前需要建立相应的法
22、律、法规和行业规范18，建立一个普遍适用的 DG 与配电网的并网标准；同时，为了实现 DG 系统间以及 DG 系统与配电网之间的相互协调和对分布式电源的调度，需要涉及到通讯技术、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等。同时，有时候 DG 会对电力系统可靠性产生不利的影响，如大系统停电时有些 DG 的燃料会中断，或供给 DG 辅机的电源会失去，DG 也会随之停运，仍无法提高供电的可靠性；DG 与配电网的继电保护配合不好的话，可能使继电保护误动作，反而降低系统的可靠性；不适当的安装地点、容量和连接方式会使配电网可靠性变坏，等等。4 结论本文介绍了分
23、布式发电技术及其对电力系统的影响，随着公平竞争的电力市场逐步建立，分布式发电将拥有越来越大的市场份额，并将与现有的电力系统结合形成一个高效、灵活的电力系统，提高整个社会的能源利用效率，提高整个供电系统的安全性、稳定性和可靠性。然而，分布式发电的接入必将给现代电力系统的运行与控制带来巨大的影响，必须分析和研究文库下载 免费文档下载http:/ 虽然我国的现状是集中式大电网，但是未来电力发展方向将是分布式发电，欧美一些国家已经认清了形势，对分布式发电开展了广泛的研究，我国对此的研究还处于刚刚起步的阶段，当前应该鼓励更多相关人员加大对分布式发电的研究力度。 参考文献1 Ackerman T, And
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35、-http:/ 作者简介：钱科军（1981-） ，男，博士研究生，主要研究方向为电力系统优化运行、分布式发电;E-mail：袁 越（1966-） ，男，工学博士，教授，博士生导师，主要研究方向为电力系统优化运行、电力系统稳定分析与控制、电力经济技术与运营管理。文库下载 免费文档下载http:/ 月 11 日上午 9 时 12 号机组经过一个多月的调试，正式并网发电投入运营，许继电气提供的 WFB-800 发变组保护也正式投入运行，成为三峡电站的首套国产机组保护装置。当今世界上最大的水电机组三峡电站，总装机容量为 2240 万 kW，由左岸电站、右岸电站和地下电站组成，计划安装 70 万千瓦的水
36、轮发电机组 32 台。其中左岸电站 14 台机组，已于2005 年 9 月全部实现并网发电，到今年 5 月底累计发电量已超过 1647 亿 kWh。作为三峡工程继大坝浇筑、左岸电站建设之后的第三期工程，设计将装 12 台机组的右岸电站建设，已进入机组安装高峰。目前已有 10 台进入安装或完成安装，计划到 2008 年底全部投产。与左岸电站相比，右岸电站在机组的设计、施工和安装方面都进行了全面创新，并首次采用国产的 WFB-800 发变组保护设备。WFB-800 发变组保护具有一系列首创的专利技术，拥有千余台机组的运行经验，在秦山核电 2x650MW 机组、广东 6x400 MW 燃气机组等工程中运行可靠、稳定。许继电气将再接再励，为三峡工程后续机组的顺利投运提供更加优质的产品和服务。文库下载网是专业的免费文档搜索与下载网站，提供行业资料，考试资料，教学课件，学术论文，技术资料，研究报告，工作范文，资格考试，word 文档，专业文献，应用文书，行业论文等文档搜索与文档下载，是您文档写作和查找文库下载 免费文档下载http:/ http:/
