分布式发电技术课程论文

光伏发电微电网系统

电能质量问题分析与治理研究

*名：***

学号：S********

1 引言

传统的煤炭、石油等一次能源是不可再生的，终归要走向枯竭。因此，提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用，就成为解决我国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。研究与实践已表明，分布式发电供能技术将在此过程中起到越来越重要的作用。采用分布式发电供能技术，有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源，向用户提供“绿色电力”，是实现我国“节能减排”目标的重要举措。分布式发电供能是指利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源（太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等）和本地可方便获取的化石类燃料（主要指天然气）进行发电供能，是分布式能源最清洁、最高效的利用方式。随着全球能源领域竞争的加剧，世界各国日益重视自身可持续发展战略的实施。作为这一战略的核心技术之一，分布式发电供能技术的研究日益受到各国关注。随着世界各国在相关领域投资的不断加大，分布式发电供能技术得到了迅速发展，其发电成本越来越低，尤其是风力发电、太阳能发电和采用燃气机组的冷/热/电联供（CCHP）系统的经济性，几乎可以与传统的发电方式相竞争。据世界银行2008年初发布的报告，2007年全球可再生能源发电容量达到了24万兆瓦，比2004年增加了50%，全球并网太阳能发电容量增加了52%，250万个家庭使用太阳能照明，2500万个家庭利用沼气做饭和照明。分布式发电供能是提高可再生能源利用水平，解决当今世界能源短缺和环境污染问题的重要途径。

大电网与分布式发电供能系统相结合，不仅有助于提高分布式发电的供能质量，有助于分布式发电技术的大规模推广应用；也有助于防止大面积停电，提高电力系统的安全性和可靠性，增强电网抵御自然灾害的能力，对于电网乃至国家安全都有重大现实意义。分布式发电供能系统由于采用就地能源，可以实现分区分片灵活供电，通过合理的规划设计，在灾难性事件发生导致大电网瓦解的情况下，可以保证对重要负荷的供电，并有助于大电网快速恢复供电，减少大电网停电造成的社会经济损失；分布式发电供能技术还可利用天然气、冷、热能易于在用户侧存储的优点，通过与大电网配合运行，实现电能在用户侧的分布式替代存储，从而间接解决电能无法大量存储这一世界性难题，促进电网更加安全高效运

行。另一方面，分布式发电供能系统与大电网并网运行，有助于克服一些分布式电源的间歇性给用户负荷造成的不利影响，进而提高系统供电的电能质量。

作为技术较为成熟的可再生能源发电方式之一，光伏发电技术逐渐受到国际社会的重视。近五年来世界光伏年增长达到49%，2009年光伏电池产量达到10.5GW。欧洲、美国相继提出了宏伟的发展目标，预计到2020年，欧洲光伏累计安装容量将达到400GW，美国预计将达到350GW。我国已将新能源作为七大战略性新兴产业之首，2020年新能源将成为国民经济的先导产业之一；《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“可再生能源低成本规模化开发利用”确定为能源重点领域优先主题。到2020年，光伏发电将在能源供给和节能减排上作出实质性贡献。目前，国外已建成10MW以上大型并网光伏电站100余座，正在研究示范百兆瓦级光伏电站，并在进行百万千瓦级光伏电站的前期研究工作；国外的光伏发电并网标准及其检测标准已形成较为完整的体系，并与光伏技术同步发展。国际大型光伏电站的发展趋势是：(1)电站容量越来越大，向百兆瓦甚至千兆瓦级发展；(2)并网逆变器大型化，采用上百千瓦到兆瓦级甚至更大容量的光伏并网逆变器；(3)电站接入电网电压等级越来越高；(4)电网适应性要求提高，提出了光伏电站具备有功/无功控制能力、低电压穿越能力，以及能够参与电网调度等技术要求。随着光伏电站规模的增大，光伏电站对电网的影响逐渐显现：首先，光伏电站出力具有间歇性、随机性和波动性，目前大型光伏电站还不具备有功功率和无功功率调节能力，不能参与支撑电网的安全稳定运行，并且由于不具备低电压穿越能力，在电网发生短路等大扰动故障时极易发生脱网现象，有时会导致恶化电网的安全稳定；其次，大型光伏电站容易引起电网谐波和电压变动等电能质量超标问题。为解决大型光伏电站对电网安全稳定和电能质量带来的不利影响，国内外在光伏电站并网运行控制、低电压穿越和电能质量调节等方面开展了大量研究工作，也在着手制定和完善相关的标准和规范。

分布式发电供能技术将成为国际上一项重要的技术增长点，开展这一领域的基础研究工作，将有助于培育自主创新能力，提升我国在能源技术领域的国际竞争力。预计到2010年，世界每年新增分布式发电容量将占当年新增电力装机容量的25％以上；欧洲电力供应的22%将来自可再生能源，其中的60％将以分布式电源的形式出现；对于美国，分布式发电供能系统将占新增发电装机容量的

20%。美国AlliedSignal公司估计，2010年用于冷/热/电联供的小型燃气轮机的销售额将达到100-150亿美元；2008年初世界银行报告，全球利用风力、太阳能等可再生能源进行发电（不包括大型水利发电）的设备建设投资在2007年内达到了710亿美元。世界上至少有60多个国家制定了促进能源可持续发展的相关政策，这将大大促进相关技术的发展与应用。分布式发电供能系统的相关技术将成为国际上一项重要的技术增长点，是21世纪电力工业的主要技术发展方向之一。

现有研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效的方式。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。用户所需电能由风力发电系统、光伏发电系统、燃料电池、冷/热/电联供系统和公共电网等提供，在满足用户供热和供冷需求的前提下，最终以电能作为统一的能源形式将各种分布式能源加以融合。通过对微网内部不同形式能源（冷/热/电、风/光/气等）的科学调度，以及微网与微网、微网与大电网之间的优化协调，可以达到能源高效利用、满足用户多种能源需求、提高供电可靠性等目的；此外，通过在用户侧安装分布式电源并形成微网，有助于消除输配电瓶颈、减少网络损耗，延缓发/输/配电系统的建设等；而在大电网崩溃和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）出现时，由于微网可以孤网独立运行，可保证重要用户供电不间断，并为大电网崩溃后的快速恢复提供电源支持。

在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”，开展分布式发电供能技术方面的研究工作符合国家重大需求。随着分布式发电、微网以及智能电网、智能微网等概念的提出以及相关研究的不断深入[1-6]，在我国“十一五”期间“分布式能源系统微电网技术研究”获得了国家863高技术基金的资助，“分布式发电供能系统相关基础研究”获得了973国家重点基础研究发展计划项目的资助，分布式发电供能系统的相关技术将成为一项重要的技术增长点，是21世纪电力工业的主要技术发展方向之一。