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配電系統(tǒng)的基本單元是饋線。饋線的首端經(jīng)過高壓降壓變壓器與高壓配電網(wǎng)相連接,末端經(jīng)低壓降壓變壓器與用戶相連。我國饋線電壓等級大多是10kV,每條饋線上線路成樹狀分布,以輻射形網(wǎng)絡(luò)連接若干臺配電變壓器。饋線的不同位置分布有若干負(fù)荷,這些負(fù)荷種類繁多,隨機(jī)性大,要準(zhǔn)確地描述比較困難。為方便研究,文章采用靜態(tài)恒功率模型來表示各節(jié)點的負(fù)荷??紤]到配電網(wǎng)電壓較低,線路長度較短,設(shè)定以下假設(shè)條件:各節(jié)點負(fù)荷三相對稱,三相線路間不存在互感。然后將所有線路阻抗均折合到系統(tǒng)電壓等級,得出饋線模型。分布式電源的接入可以提高系統(tǒng)的整體電壓水平,其接入位置與節(jié)點電壓幅值密忉相關(guān)。相同容量的分布式電源接在配電線路的不同位置,對線路的電壓分布產(chǎn)生的影響差別很大,接入點越接近線路末端節(jié)點對線路電壓分布的影響越大,越接近系統(tǒng)母線對線路電壓分布的影響越小。因此,在配電網(wǎng)規(guī)劃及分布式電源接入系統(tǒng)設(shè)計時,需要根據(jù)分布式電源的性質(zhì)、容量確定合理的接入點,確定合理的控制方式,只有這樣才能改善線路的電壓質(zhì)量,提高供電可靠性。
2分布式電源接入系統(tǒng)
2.1分布式電源的分類
一般可以根據(jù)分布式電源的技術(shù)類型、所使用的一次能源及和與電力系統(tǒng)的接口技術(shù)進(jìn)行分類。按照技術(shù)類型可分為小型燃?xì)廨啓C(jī)、地?zé)岚l(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、具有同步或感應(yīng)發(fā)電機(jī)的往復(fù)式引擎、燃料電池、太陽熱發(fā)電、微透平等,按照一次能源可分為化石燃料、可再生能源;按照與電力系統(tǒng)的接口可分為直接相聯(lián)、逆變器相聯(lián);按照并網(wǎng)容量分,可分為小型分布式電源和大、中型分布式電源。小型分布式電源主要包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池等;大、中型分布式電源主要包括微型汽輪機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、小型水電等。
2.2微網(wǎng)技術(shù)簡介
微網(wǎng)是一個小型發(fā)配電系統(tǒng),由分布式電源、相關(guān)負(fù)荷、逆變裝置、儲能裝置和保護(hù)、監(jiān)控裝置匯集而成,具有能量管理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、電氣元件保護(hù)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)自我調(diào)節(jié)、控制和管理。微網(wǎng)既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行,也可以孤立運行。從其內(nèi)部看,微網(wǎng)是一個個小型的電力系統(tǒng)。從外部看,微網(wǎng)是配電網(wǎng)中的一個可控的、易控的“虛擬”電源或負(fù)荷。微網(wǎng)系統(tǒng)如圖3所示。
2.3將分布式電源組成不同類型的微網(wǎng)
目前,比較成熟的分布式發(fā)電技術(shù)主要有風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池和微型燃?xì)廨啓C(jī)等幾種形式。在城鎮(zhèn)配電網(wǎng)中,風(fēng)力發(fā)電、燃料電池、光伏發(fā)電發(fā)電容量遠(yuǎn)小于配網(wǎng)負(fù)荷,對于這些小容量的分布式電源,采用與附近負(fù)荷組成微網(wǎng)的形式并入配網(wǎng)系統(tǒng),通過技術(shù)措施使微網(wǎng)內(nèi)的發(fā)電功率小于其負(fù)荷消耗的功率,使這些“不可見”的分布式電源完全等效為一個負(fù)荷。針對發(fā)電出力達(dá)到最大、負(fù)荷功率最小的工況,根據(jù)發(fā)電出力與負(fù)荷消耗功率的差值及持續(xù)時間計算出需要存儲的電量,該電量作為儲能裝置容量的一個約束條件,再考慮其他的約束條件,為微網(wǎng)配置容量合理的儲能裝置。當(dāng)出現(xiàn)發(fā)電出力大于負(fù)荷消耗功率時,將這部分電量存到儲能裝置中,在負(fù)荷功率高于發(fā)電出力時,再將這部分電量釋放掉。大型的微型燃?xì)廨啓C(jī)多用于需要穩(wěn)定的熱源、冷源的工商企業(yè),以實現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)供,這些企業(yè)的負(fù)荷穩(wěn)定,易于預(yù)測。微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電功率由用戶對供熱和供冷的要求決定,發(fā)電功率也易于預(yù)測。這樣,以這些微型燃?xì)廨啓C(jī)為分布式電源的微網(wǎng)是可控、易控的。將分布式電源納入到微電網(wǎng),并將其分為純負(fù)荷性質(zhì)的微網(wǎng)和發(fā)電、負(fù)荷可控的微網(wǎng)兩種,有效的解決了分布式電源潮流不可控的難題,給配電網(wǎng)的調(diào)度、運行帶來的極大的方便。
2.4微電網(wǎng)接入系統(tǒng)方案
純負(fù)荷性質(zhì)的微網(wǎng)在配網(wǎng)中是一個內(nèi)部帶有電源的負(fù)荷,將其接入到配網(wǎng)饋線的中間至末端,可有效地改善配電網(wǎng)電壓分布,降低配電網(wǎng)網(wǎng)損。當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)分布式電源突然故障或者失電時,由配電網(wǎng)對微網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷進(jìn)行供電,此時配電線路潮流增大,微網(wǎng)內(nèi)的電壓會發(fā)生躍變,如電壓幅值變化超過用電設(shè)備允許值,將會對用電設(shè)備造成損壞。針對這種情況,可以利用微網(wǎng)內(nèi)的儲能裝置將存儲的能量進(jìn)行逆變,有效地支撐電壓,避免產(chǎn)生電壓跌落,減少電壓波動,有效的保護(hù)用電設(shè)備。當(dāng)配電網(wǎng)失電時,微網(wǎng)自動脫網(wǎng)孤島運行,孤島的運行方式由微網(wǎng)內(nèi)部自行控制,對配電網(wǎng)的故障分析、檢修、試驗不產(chǎn)生影響。對于發(fā)電、負(fù)荷可控的微網(wǎng),尤其是容量較大的,在配電網(wǎng)規(guī)劃及接入系統(tǒng)設(shè)計時,需統(tǒng)一考慮中接入位置對配電網(wǎng)電壓、繼電保護(hù)、安全自動裝置的影響,需要進(jìn)行充分的論證,必要時可采用專線接入系統(tǒng),以確保配電的安全、可靠運行,充分發(fā)揮分布式電源的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
3結(jié)束語
文章分析了分布式電源接入配網(wǎng)后對電壓的影響,并根據(jù)分布式電源的不同性質(zhì),利用微電網(wǎng)技術(shù),將分布式電源納入到純負(fù)荷性質(zhì)的微網(wǎng)和發(fā)電、負(fù)荷可控的微網(wǎng),解決了分布式電源潮流不可控的難題,并在配網(wǎng)規(guī)劃中,對這兩類微網(wǎng)接入配網(wǎng)饋線的位置提出建議,達(dá)到了改善配電網(wǎng)電壓分布、降低網(wǎng)損的作用。影響分布式電源接入系統(tǒng)的因素很多,比如短路電流、繼電保護(hù)、安全自動裝置等,需要在今后繼續(xù)研究。另外大容量儲能技術(shù)不成熟是制約分布式電源應(yīng)用的關(guān)鍵因素,待大容量儲能解決后,分布式電源將更加廣泛的應(yīng)用。
作者:段培明 許美娜 李東升 單位:國網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林供電公司 吉林省吉林市松花江中學(xué)