分布式发电及其在电力系统中的应用 郝朝霞

分布式发电及其在电力系统中的应用郝朝霞
摘要：随着风电技术的不断进步，高风速规模化风资源地区的减少，对于那些
不适合规模化开发，但资源条件又比较好的局部地区，分布式风力发电提供了电
力开发的一种新思路。

分布式发电以其投资省、发电方式灵活、与环境兼容等特
点与大电网日益联合运行，给现代电力系统运行与控制带来巨大的变化。

它既可
以满足电力系统和用户的特定要求，如削峰；又可以提供传统的电力系统无可比
拟的可靠性和和经济性。

因此，研究分布式发电具有重要的理论意义和重大的应
用价值。

本文分析了风力分布式发电的概念、发电方式与优点，并就风力分布式
发电的接入、运行、故障维护等应用进行综述。

关键词：分布式发电；配电网；稳定控制；继电保护；电能质量；电力市场；随机最优控制；电力系统
前言：配电网中，城市居民和商业用户、农村和半城镇区域的负荷具有很大
的随机波动性。

家用空调随气温变化的无规律启停，降水降雪和大风的无常发生，以及其他不确定因素所引起的负荷变化给配电网的规划、设计和运行带来了巨大
的难题和挑战。

集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统自身也存在着一
些弊端。

为解决此类问题而大力改造和新建配电网络在技术、资金和效益上都是
不可取的。

因此，欧美的电力专家提出了投资省、发电方式灵活、与环境兼容的
分布式发电与大电网联合运行的方式，从而提高了电力系统运行的灵活性、可靠
性和安全性。

一、分布式发电
分布式发电（DistributedGeneration，简称DG），通常是指发电功率在几千
瓦至数百兆瓦（也有的建议限制在30～50兆瓦以下）的小型模块化、分散式、
布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。

分布式电源通常接入中压或低压配电
系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响。

主要包括：以液体或气体为燃料
的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电（光伏电池、光热发电）、风力发电、生
物质能发电等。

其中户用风力发电是一种很好的分布式电源,特别是在风力资源丰
富地区的城市周边,用户用电量较大,应该充分开发利用。

风力发电的利用方式主要有两类:一类是独立运行供电系统,利用小型风力发电机为蓄电池充电,再通过逆变器转换成交流电向终端用户供电;比如常见的城市照
明系统。

另一类是作为常规电源并网运行,风电集中规模化开发，建设大规模风电场，集中送出。

对比传统能源，新能源存在能量密度低、供能过程具有随机性和间歇性、不
能大规模储存等特点。

风电集中规模化开发给电网统一调度和安全运行带来了一
些技术难题，根据国外风电建设经验，基本采取的都是分散式开发模式，很好的
发挥了风电自身的互补性和调节能力，有效地降低了电网安全运行的风险。

全国
首个分布式风电场华能定边狼尔沟分布式示范风电场的成功投产运营，验证了分
散式风电场的在风电开发领域的技术优势。

二、分布式风力发电的优点
分布式风力发电的优点主要有以下几个方面：
（1）分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高；
（2）优化能量利用效率，改善电能质量，分布式风电采用T接，可就近接入当地配电线路，实现直供电方式，有效降低远距离送电造成的能量损耗，同时风
电场并网点一般处于电网末端，有效改善配电网电能质量。

（3）分布式发电的输配电成本较低，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，提高输电线路利用率。

（4）调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。

（5）采取风电分布式接入模式可有效解决大规模集中式的风电场开发所带来的接入难、送出难、消纳难、对电网安全影响等问题。

（6）相对于集中式风电，降低电网调峰难度，避免“弃风”造成的电量损失，
确保项目经营期内的盈利能力。

三、风力分布式发电的现状与发展必要性
所谓分散式接入风电项目是指位于用电负荷中心附近，不以大规模远距离输
送电力为目的，所产生的电力就近接入电网，并在当地消纳的风电项目。

近年来，我国风电集中式规模化发展渐趋饱和，同时并网难问题一直悬而未决，脱网事故
频发，不利于产业发展。

为了解决这些问题，2011年，国家能源局相继出台《风电开发建设管理暂行办法》、《关于加强风电场并网运行管理的通知》等10多
项规范性文件和行业标准。

与此同时，作为基地化建设风电项目的有益补充，国
家能源局相关负责人在多个场合呼吁发展分散式风电接入项目。

国家能源局新能
源与可再生能源司副司长史立山多次表示，在风电发展方向上，应从集中规模化
开发向集中规模化与分散式开发“两条腿走路”转向。

相比大基地大风电，分散式
接入风电项目具有诸多优越性。

中投顾问高级研究员李胜茂认为，发展分散式风
电项目的优势在于最大限度地利用了风力资源。

在发电环节，分散式发电方式对
风速、占地面积等要求较低；在输电环节，分散式发电方式的输电距离通常较短
等特点。

此前，有数据显示，到2015年，并网风电装机容量达1亿千瓦，同时
分布式风电装机规模达2500万千瓦。

四、分布式风力发电在电力系统中的应用
（一）分布式风力发电接入1、风能资源分析
应通过气象数据、卫星数据模拟，以及现场测风等方式进行风能资源分析，
提出风电项目主要的风能资源评估成果，以及场址对风电机组安全等级的要求。

2、机型选择及发电量估算
（1）根据风能资源评价结论、风电机组预选机位的建设条件提出备选风电机组类型，通过综合技术经济比较提出推荐机型。

（2）结合场址区风况特征和风电机组功率曲线，在计算理论发电量的基础上考虑各种损耗、折减提出风电项目年上网电量与等效满负荷小时数。

3、工程地质
（1）收集场址区地质资料，了解规划场址区各岩土层的工程地质特性，了解拟建工程区场地稳定性和工程建设的可能性与适宜性。

根据需要进行地质详细勘察。

（2）确定场址地震动参数，评价工程场地的区域构造稳定性；初步查明风电机组地基岩土体的成因类型、物质组成、工程性状。

初步提出各岩土层的物理力
学性质参数建议值和地基承载力建议值、风电机组基础型式及持力层的选择建议；收集环境水及环境土体相关资料，初步评价环境水及土体的腐蚀性。

4、电气
（1）风电机组所发电能通过一级升压方式升压，不建风电汇集升压站。

风电机组出口电压经预装式箱式变电站升压至35kV或10kV后接入附近电网现有变电
站或线路。

（2）风电预装式箱式变电站宜选用性能可靠、保护完备的箱式变压器，风电机组与箱式变之间宜采用一机一变的单元接线方式。

（3）同一地点相邻的多台风电机组应通过组串方式接入系统并网点。

（4）风电机组数量较多时，建设单位可在项目所在县（市）设立1个运行集控中心，统一负责整个县（市）的分散接入风电机组监控管理、运行维护等工作。

五、分布式发电的未来研究方向
分布式发电作为国际上电力系统的一个前沿研究领域，其研究的重点集中在
分布式发电对电力系统的影响。

有鉴于此，本文从以下几个方面对分布式发电今
后的研究方向做了阐述：
（1）现有分布发电技术的完善和新型技术的研发，如开发新的电解质材料和催化剂，提高燃料电池的性能、使用寿命、性能价格比等。

（2）采用新的算法（如遗传算法等）建立分布式发电的等值模型，研究分布式发电的极限功率及其对电力系统稳定的影响，研究分布式电源故障时对电网暂
态的影响及相应的控制策略。

（3）通过负荷灰色预测技术、专家系统预测技术、神经网络预测技术及小波分析预测技术建立精确的随机性负荷模型，从而建立分布式发电的发电量预报。

（4）以分布式发电的发电量预报为基础，从随机最优控制原理出发，结合智能控制（人工神经网络、模糊控制、遗传算法）及现代控制理论，建立分布式发
电的自动发电的随机最优控制模型及电压、频率随机自适应控制模型。

（5）基于全球定位系统（GPS）技术、通讯技术、数字信号处理（DSP）技
术以及电力系统的动态测量和在线监测技术，实现含有分布式发电的配电网动态
监测、灵活跟踪和调度控制。

（6）建立新型电力公司与用户的关系体系，妥善研究和制定与分布式发电有关的法律、法规和行业规范，研究分布式发电对电力市场的影响。

小结：分布式发电是电力行业的重大技术改革，随着电力体制改革的发展，
分布式发电也可为一些用户提供一种“自立”的选择，使其更能适应易变的电力市场。

此外，由于分布式发电设施的安装周期短，不需要现存的基础设施，而且与
大型的中央电站及发电设施相比总投资较少，因此在电力竞争性市场建立后分布
式发电的作用将会日益明显和重要，从而可与现有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率，提高整个供电系统的稳定性、可
靠性和电力质量。

参考文献：
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学院学报,2003,(2).
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