分布式电源与智能电网的关系解析

1、分布式电源概述

分布式直流电源装置是指功率为数千瓦至50MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有，用以满足电力系统和用户特定的要求。如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性等等。

分布式能源系统并不是简单地采用传统的发电技术，而是建立在自动控制系统、先进的材料技术、灵活的制造工艺等新技术的基础上，具有低污染排放，灵活方便，高可靠性和高效率的新型能源生产系统。
组成分布式能源系统的发电系统具有如下特点：

①高效地利用发电产生的废能生成热和电；
②现场端的可再生能源系统；
③包括利用现场废气、废热及多余压差来发电的能源循环利用系统。



现阶段我国的能源方式仍以集中供能系统为主，分布式能源的发展并不能取代传统的能源供应方式，将是集中供能系统的有益补充。因此，在我国可再生能源发电模式将是集中发电远距离输电与分布式发电相结合的方式。截至2012年底，我国已并网投产的分布式电源1.56万个，装机容量3436万kW，其中分布式水电2376万kW，世界第一；余热、余压、余气资源综合利用和生物质发电近年来增长迅速，装机871万kW，分布式光伏是未来发展的重点，前景非常可观。

2.分布式发电接入对电网的影响

为了鼓励和规范分布式电源的发展，国网公司企业标准《Q/GDW480-2010分布式电源接入电网技术规定》于2010年8月2日发布并实施。该标准适用于国家电网公司经营区域内以同步电机、感应电机、变流器等形式接入35kV及以下电压等级电网的分布式电源接入电网应满足的技术要求。标准中明确了分布式电源接入系统的原则，规定了公共连接点处分布式电源并网容量限制；短路电流限制；并网推荐电压等级等。且对功率控制和电压调节也进行了规定。

为了规范分布式电源的准入条件，减小大规模分布式电源接入后对电网造成的冲击，国家电网公司规定了分布式电源接入电网应遵循的基本原则：

(1)并网点的确定原则为电源并入电网后能有效输送电力并且能确保电网的安全稳定运行。

(2)当公共连接点处并入一个以上的电源时，应总体考虑它们的影响。分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。

(3)分布式电源并网点的短路电流与分布式电源额定电流之比不宜低于10。

(4)分布式电源接入电压等级宜按照：200kW及以下分布式电源接入380V电压等级电网；200kW以上分布式电源接入10kV(6kV)及以上电压等级电网。经过技术经济比较，分布式电源采用低一电压等级接入优于高一电压等级接入时，可采用低一电压等级接入。

分布式电源通常接入配电网(主要是不接地、经消弧线圈接地系统，为单电源辐射型供电网络)，由于传统配电网的设计并未考虑分布式电源的接入。在并入分布式电源后，网络的结构发生了根本变化，将从原来的单电源辐射状网络变为双电源甚至多电源网络。潮流不再单向地从变电站母线流向负荷。DG并网运行对配电网的影响主要有以下几个方面：电网电压及频率；电能质量；继电保护装置；配电网管理系统。

3.分布式发电对配电网保护的影响

(1)对低压电网原有继电保护的影响。分布式电源接入电网将提供一定大小的短路电流，对低压电网原有继电保护整定有一定影响，分布式电源的接入应充分考虑公共连接点的短路容量。考虑分布式电源提供的短路电流后，原有继电保护原则上无需更换，一般情况下只需修改相应定值即可。如分布式电源提供的短路电流较大，可在原有继电保护装置上加装方向元件即可解决误动的问题。若由于分布式电源接入使得公共连接点允许的短路电流超过规定限值时，分布式电源需考虑增加限流阻抗。
分布式发电接入电网后对继电保护产生的影响有如下几个方面：改变原有继电保护的保护范围；原有继电保护流过逆向短路电流时，由于无相应的方向元件，可能误动；使得重合闸不成功；影响继电器之间的配合关系；增加的短路电流可能超过断路器的开断容量，造成设备损坏

(2)对上一级电网继电保护的影响。为防止逆流对上一级电网产生较大的影响，导致上一级电网需要在继电保护设置等方面做出大范围的调整，分布式电源所产生的电力电量尽量在本级配电区域内平衡，为次国网公司特别规定了分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%，避免了分布式电源向上一级电网倒送电力。该限值的取值主要根据区域内负荷峰谷差估算分布式电源所产生的电力能在本供电区域内全部平衡掉，从而保证了分布式电源的输出不会对上一级电网运行造成大的影响。

(3)分布式电源自身须配置继电保护装置。分布式电源应配置继电保护和安全自动装置，保护功能主要针对电网安全运行对电源提出保护设置要求确定，包括低压和过压、低频和过频、过流、短路和缺相、防孤岛和恢复并网保护。分布式电源不能反向影响电网的安全，电源保护装置的设置必须与电网侧线路保护设置相配合，以达到安全保护的效果。

4、智能电网中的分布式电源

智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与用户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运营的可靠性和能源利用效率。

分布式电源(DER)的种类很多，包括小水电、风力发电、光伏电源、燃料电池和储能装置(如飞轮、超级电容器、超导磁能存储、液流电池和钠硫蓄电池等)。

一般来说，其容量从1kW到10MW。配电网中的DER由于靠近负荷中心，降低了对电网扩展的需要，并提高了供电可靠性，因此得到广泛采用。特别是有助于减轻温室效应的分布式可再生能源，在许多国家政府政策上的大力支持下，迅速增长。目前，在北欧的几个国家，DER已拥有30%以上的发电量分额。在美国DER目前只占总容量的7%，而预期到2020年时这一份额将达25%。

大量的分布式电源并于中压或低压配电网上运行，彻底改变了传统的配电系统单向潮流的特点，要求系统使用新的保护方案、电压控制和仪表来满足双向潮流的需要。然而，通过高级的自动化系统把这些分布式电源无缝集成到电网中来并协调运行，将可带来巨大的效益。除了节省对输电网的投资外，它可提高全系统的可靠性和效率，提供对电网的紧急功率和峰荷电力支持，及其他一些辅助服务功能，如无功支持、电能质量改善等；同时，它也为系统运行提供了巨大的灵活性。如在风暴和冰雪天气下，当大电网遭到严重破坏时，这些分布式电源可自行形成孤岛或微网向医院、交通枢纽和广播电视等重要用户提供应急供电。
        
5、分布式电源推动智能电网的建设

智能配电及分布式电源接入是坚强智能电网发展中不可缺少的重要环节。但是，风力发电、太阳能发电、电动汽车充换电站、储能设备及微网等新型电源及负荷直接接入配电网，给配电网的安全稳定运行带来了新的技术问题和挑战。因此，配电网急需发展新的技术和工具，增加配电网的可靠性、灵活性及效率。从我们此次收到的论文来看，目前，各国都在积极开展许多相关研究，开发实用有效的技术解决方法，从而应对新的挑战。

世界各国已经取得了很大的成绩，包括智能配电与分布式电源接入的新技术标准与规范获得发展，建成多个智能配电与分布式电源接入工程示范项目，研发了新的管理和控制系统。

今后，我们将进一步发展和完善新的智能配电网技术标准规范，发展新的规划和运行工具及系统，在配电网中扩展和推广应用示范工程成果，开拓新的领域，加强国际间的交流，互相学习成功经验，以适应坚强智能电网发展的需要。

分布式能源系统与智能电网的打造密切相关，主电网负荷较大，调配并网后的分布式发电站，能够灵活稳定满足附近用户需求，在一定程度上能够实现电力的“自产自销”，直破用电之“渴”。

6、小结

在今年8月份，南方电网公司继财政部、国家发改委先后发布分布式发电新政策之后，正式出台了《关于进一步支持光伏等新能源发展的指导意见》，从并网、购售电、并网调度管理等方面支持新能源的有序协调发展。同时，为支持分布式电源并网，国家电网公司已不再局限于为分布式电源提供接入电网的技术咨询、工程验收调试等全过程服务，还开始注重加强配网建设，以支撑大量分布式电源的接入。两大电网企业是国家推动分布式电源发展政策的具体执行者，因此两大电网的一系列举措无疑将为分布式电源并网注入最直接的推动力。

两大电网不断加码“分布式电源”，足以显示分布式电源对电网电力输送的重要性，如今，分布式电源的接入正在不断支持智能电网的建设，未来，智能电网与分布式电源的关系将会更加密切。