分布式能源的电力并网问题的探讨

分布式能源的电力并网问题的探讨

黄珏之

广西电网有限责任公司柳州供电局广西柳州545005

摘要：21世纪以来环境污染加剧、能源供应紧张，如何更高效利用清洁能源成为人们关注的热点。近几年分布式发电及其并网技术得到长足发展，同时大电网与分布式电源相结合的形式已被电力专家证实可以减少能量损耗、提高电力系统可靠性和灵活性，体现电力工业的发展方向。因此研究分布式电源并网具有重要意义。

关键词：电力；分布式能源；电力并网

分布式能源的电力并网问题一直是热电行业讨论的热点问题，在欧美等西方国家小电源并网得到政府的鼓励和支持，这个问题已从技术研发及工程应用都获得妥善解决。在中国，由于分布式小电源的发展刚刚起步，并网遇到很大阻力，小电源对电网造成干扰的问题一直作为电力部门拒绝小电源并网的重要原因。

1分布式电源概述

当前在能源开发以及技术革新的背景下，世界电力研究专家证实分布式发电与集中发电的互为补充是一种减低能耗，提升电网可靠性、稳定性以及减轻环境污染的有效途径。分布式电源是可与集中输电相结合的、35kV以下电压等级的独立电源，常见的分布式电源包括小型燃气轮机、光伏电池、燃料电池及风力发电机组等。分布式电源一般安装在用户附近的场地，其发电量除了自发自用外，还可并入电网，弥补了用电高峰电量的不足，充分发挥了分布式电源的优势。不仅如此，它还能提升电网的可靠性，为优化电网结构并为完成大电网分层分区作出杰出的贡献。近些年来，因其巨大的经济、环境效益而被推广，它的普及应用是今后电力工业发展的大趋势，因此研究分布式电源及其并网兼备理论意义和实际应用价值。实际应用较为广泛的分布式电源通常包含风力机组，光伏电源以及燃料电池。风力发电机组依靠风能发电，近些年应用逐步增多，风力发电机组结构图如1.1所示。通常由变速箱，风轮机，变流器，发电机及控制系统等组成发力发电系统。

光伏电源因分布广泛、取之不尽、不污染环境，可再生等优点而最具代表性，它是利用光伏电池将光能转换成为电能的发电形式，光伏电源所发电能可直接向负载或电网馈送直流电，也可逆变成交流电后供给负载，具有巨大的经济效益以及诸多社会价值。

燃料电池包含阴阳两极、电解质膜。经化学反应，将氧化剂中的化学能和燃料转化成电能即是燃料电池发电的过程。常见的燃料电池包括固体氧化物燃料电池以及质子交换膜燃料电池，目前较为常用的是SOFC。燃料电池产生的废热方便实现热电联产，而且因其环保、燃料的利用率较高、安装地点随意、可靠性强，具有可观的市场竞争潜力，其还能与太阳能发电形成互补发电以弥补出力不稳定。

2并网控制分析

2.1并网控制目的和方式

并网目的是控制逆变输出高质量正弦波交流电，保持与网压的同频同相，相关标准还规定并网电流总谐波畸变率不得超过5%。根据直流侧电源性质不同，传统上把逆变器划分成电流型逆变器以及电压型逆变器两种，电流型逆变器需要在直流端串联大的电感，这样可以对电流起稳定作用，但串联电感将影响系统动态响应速度。电压型逆变器中有大电容并联在直流端，可对无功电流提供通路并对直流电压波纹起到抑制作用，是当前使用较多的逆变器。其中，电压型、电流型逆变器示意图如图2.1所示。

逆变器输出控制方式中，输出与网压频率和相位相同电压信号的是电压型输出，如果使用这种输出形式，系统等同于两个电压源并联运行，如果电网发生频率扰动，便会对输出电压产生影响，此时可采用锁相控制环节，但加入锁相环节后相应的速度会大大降低。电流型输出的是与网压同频率、同相位的电流信号，网压的微小波动不会影响逆变输出电流的质量，故只需设定输出电流大小并控制其跟踪网压相位即可实现并网运行，这种方式能输出高质量电流，控制效果好并且方法简单，其应用越发广泛。

2.2并网控制目标

分布式电源的并网控制目标是控制逆变电路输出与网压同频率同相位的高质量正弦波交流电，以并网逆变器逆变侧的输出电流为被控制量，画出并网逆变方式的等效电路。U0代表逆变输出电压，输出电流为I0，即电感电流，滤波电感L起滤波作用，Unet代表电网电压，逆变输出控制目标就是保证输出电流与网压同频率同相位。如果让逆变侧的电流输出与网压频率及相位一致，就得保证逆变器交流侧输出超前电网电压90度，由于输出的电感电流会滞后电感电压90度，恰好保证IL与Unet同频同相。故有效控制逆变器输出电流使之与电网电压同频同相并保证功率因数为1，是本文并网控制策略所要达到的目的，也是本文研究重点。

3分布式能源供电与市电并网的技术措施

实现分布式能源供电与市电并网的装置是自动同期装置。其工作原理是：检测两路电源的电压、频率和相位，当两侧频差和压差不合格时，自动调整发电的电压和频率，当达到同步要求时发出合闸脉冲实现并网。自动同期装置一般与发电机保护装置集成在一起使用，既能保护发电机又能实现并网。保证分布式能源供电与市电并网安全是电气系统安全运行的关键，在分布式能源供电与市电并网运行期间，当电力系统停电时如不迅速断开两者的联系，将会导致分布式能源向电力系统电网反送电力。这将会对电力系统电网安全产生不良影响，也是供电部门反对分布式能源供电与市电并网的重要原因，对发电机更是毁灭性的破坏。因为分布式能源供电的发电机组相对电力系统而言容量非常小，由它对电力系统电网供电就相当于对它短路，因此必须确保当电力系统停电时分布式能源应能立即断开与电力系统的联系。

结语

分布式小电源并网在工程的实际应用中是可行的，通过技术手段可以减小并网时电流对电网的冲击，不仅对电网没有危害，还提高了电网的安全性。

参考文献：

[1]王敏，丁明.分布式发电及其效益.合肥工业大学学报（自然科学版，2004，27（4）：354-358

[2]张正敏，王庆一，庄幸，等.中国可再生能源发展：潜力与挑战.北京：中国能源研究所2001.