分布式发电技术研究综述_钱俊

现代电子技术

Modern Electronics Technique

2013年7月1日第36卷第13期

Jul.2013Vol.36No.13

0引言

经济和社会的快速发展导致我国的能源消耗增长十分迅速，而大机组、大容量的集中规模化发电存在诸如无法灵活跟踪负载变化、不能对偏僻地区进行理想供电等缺点，作为目前电能生产的主要方式与电力用户对电能质量高要求之间的矛盾日益凸显[1]。

随着智能电网研究热潮的到来，作为其重要组成部分的分布式发电（Distributed Generation ，DG ）开始得到人们越来越多的关注。分布式发电是指应用发电功率较小的小型分散式、模块化的发电单元进行发电，在充分开发利用各种可用的分散式能源（太阳能、风能、燃料电池等）的基础上，其即可独立于大电网以微网形式为少量用户供电，也可并入大电网络，一起向用户提供电能[2]。以我国目前的能源利用方式和速度，依靠传统能源利用技术很难支撑起经济的高速发展，分布式发电技术可以实现能源利用效率的最优化从而间接达到资源环境效益的最大化，从环保节能和可持续发展的角度看，分布式发电技术是我国电力系统发展的必然趋势。

本文在简单概述分布式发电技术应用情况的基础

上，着重介绍目前分布式发电技术的研究进展和成果，包括目前采用的分布式电源并网技术及其优化配置问题，最后对分布式发电技术未来的发展方向与趋势提出了看法。

1分布式发电技术的应用

对比集中规模式发电而言，分布式发电投资小，节

能又环保。就近供电时能够避免电力传输层的接入拥挤，降低传输损耗；并网供电时即可作为备用电源为高峰负荷提供电能，提高供电可靠性，又可为商业区和居民供电，改善电源结构、促进能源可持续发展。

相比于欧美国家[3]，我国分布式发电技术起步较晚，虽然我国地域辽阔，资源种类丰富，但作为一个人均资源相对匮乏的人口大国，扩大资源综合利用范围、大力开发可再生能源已迫在眉睫，而分布式能源技术无疑是解决该问题的关键。目前全国各地纷纷响应国家能源产业政策号召，积极调整优化能源产业结构，为促进节能减排和低碳经济发展纷纷参与到分布式发电技术的研究与应用当中来：北京、上海等地已经兴建基于冷、热、电联产的分布式发电站，在西部和沿海已建成了基于可再生能源（太阳能、风能）的分布式电站，而在江西九江、福建厦门则建成了相当规模的分布式能源站，可以说分布式发

分布式发电技术研究综述

钱

俊，刘

敏

（华能国际电力股份有限公司井冈山电厂，江西吉安

343099）

摘

要：简要概述了分布式发电的应用历程，详细介绍了分布式发电技术的相关研究进展情况，包括分布式电源并网

技术以及分布式发电优化配置问题的研究现状。并对分布式发电技术未来的发展方向与趋势进行了探讨，为其在电力系统中的广泛高效应用提供了参考。

关键词：分布式发电；并网；优化配置；电力系统中图分类号：TN710?34；TM61

文献标识码：A

文章编号：1004?373X （2013）13?0167?04

Overview of research progress on distributed generation technology

QIAN Jun ，LIU Min

（Jinggangshan Power Plant ，Huaneng Power International ，Inc.，Ji ’an 343099，China ）

Abstract ：The application history of distributed generation is briefly summarized ，and the progress of its relevant technolo ?gy research is introduced in detail ，including the research status of distribute power grid connection technology and distributed generation optimal configuration.In order to provide reference for the application of distributed generation technology in power

system widely and efficiency ，the development trend of distributed generation technology is also discussed.

Keywords ：distributed generation ；grid connection ；optimal allocation ；power system

收稿日期：2013?03?15

167

现代电子技术2013年第36卷电技术在我国的应用前景相当广阔和光明。

2分布式发电并网技术研究进展

分布式电源在作备用电源或需向用户送电时，因其

电能无法直接输送给交流负荷，须经并网这一环节，并

网则需要通过电力电子器件来实现，大量非线性负荷和

电力电子转换器的接入会引起电网电流、电压波形发生

畸变，造成电网的谐波污染，从而对电力系统产生很大

的影响[4]。因此，在并网过程中如何使分布式电源对配

电网的影响尽可能达到最小是人们亟待解决的问题。

一种典型的分布式电源并网示意图如图1

所示。

图1典型分布式电源并网示意图

由图1可以看出，分布式电源经接口与配电网实现连接，即并网过程，在整个过程中，要实现对整个配电网（含微网）系统的运行与控制，并网后，要能实现孤岛检测以及继电保护等。

2.1分布式发电并网接口技术

目前分布式发电并网接口技术分为电力电子逆变器接口和旋转电机接口2大类，逆变器在体积、重量、可靠性等方面均优于旋转电机，因此目前绝大多数分布式电源并网都已采用并网逆变器。

逆变器的拓扑结构关系到其效率和成本，传统逆变器采用工频变压器，体积大、效率难以提高。文献[5]提出了一种新颖的五电平双降压式全桥逆变器，由三电平双降压式全桥拓扑、输入分压电容和钳位支路组合，该逆变器体积小、重量轻，可明显提高并网逆变器的效率。文献[6]则针对无变压器拓扑的漏电流问题，提出了一种三电平双Buck光伏并网逆变器，该拓扑结构较传统拓扑结构少，有利于获得更高效率。

此外，实现对逆变器的控制，提高输出波形质量也是重点。文献[7]介绍了分布式发电系统中几种典型控制方法，包括外环控制中的恒功率、恒压恒频控制，内环中控制中的坐标系控制方法，对各个控制方法进行了比较。文献[8]针对单纯PI控制无法实现无静差的缺点，提出一种新型复合控制策略，使系统动态响应能力更快速，有效改善了系统的输出波形质量。

随着电力电子技术的发展，未来逆变器会朝着更小体积、低成本、高效率的方向发展，并且同时能够确保并网运行的可靠性。

2.2含分布式电源配电网分析与控制

分布式电源并网后，需要对整个配电系统（含微网）进行分析控制。电力系统分析的实质是对其进行潮流计算和模型仿真，分布式电源种类多样，因此建立的模型也不尽相同。文献[9]分析了不同类型分布式电源在前推回代潮流计算中的数学模型，并结合前推回代法的特点设计了适合于分布式电源和环网的灵活节点编号方法，给出了改进前推回代潮流算法。文献[10]构造了含风电的配电网重构场景模型，该模型能适应多风电和多风电场同时接入系统的情况。文献[11]则提出一种加入了天气预报信息的神经网络光伏发电模型，不仅精度高，而且解决了光伏发电随机问题。

对配电系统分析的目的是要对其进行控制。有研究表明，不同分布式电源的控制方法对并网系统的稳定影响也不同。文献[12]针对并网有功电流、无功电流、谐波电流等的复合控制，提出了无差拍复合控制方法，可统一控制光伏系统的并网逆变器以及有源滤波器，是并网系统同时实现APF功能。文献[13]针对微网孤岛与并网运行模式的特点，提出的控制策略能够实现微网运行模式的平滑切换，该控制方法可有效抑制微电源并联过程的冲击电流，使并网过程平稳安全。文献[14]构建了配电系统的无功优化数学模型，在充分考虑网损最小和节点电压的约束下，采用遗传算法对分布式发电的无功功率进行了优化，可有效地减少功率损耗和提高电压质量。

2.3孤岛检测及继电保护技术

分布式电源并网运行后，若在电网发生断电的情况下仍向负载供电，则称之为孤岛运行。孤岛效应是分布式发电技术中应极力避免的情况，因为它会对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响，因此若系统发生孤岛运行，必须迅速检测出孤岛，对孤岛采取隔离调制措施，至系统故障消除后方可恢复并网运行。孤岛检测的方法大致分为主动检测和被动检测两大类，被动检测有诸如过电压、频率检测、谐波检测等方法，但因往往存在盲区而使其使用范围受限，文献[15]在传统被动式孤岛检测方法ROCOF法和VS法的基础上，通过适当的整定及其配合，提出了一种新的孤岛检测新方法，可在较短时间内检测出孤岛的存在，具有一定的实用价值。人们在被动检测的基础了加上人为扰动提出了主动检测法，文献[16]就是在分析电压相位突变检测法的基础上提出述一种新型组合式孤岛检测方法，该法结合了电压相位突变检测法和改进型主动电流扰动法的优点，具有反应快、无盲区的优点，这是一种典型的主动孤岛检测方法。

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第13期

钱俊，等：分布式发电技术研究综述

由于分布式电源的加入，整个配电网结构以及配电网中故障电流的分布都发生了改变，从而导致整个配电系统的继电保护方式也发生了很大的变化，为确保含微网的配电系统在故障消除后能及时快速的恢复供电，这就对继电保护及其控制都提出了新的要求。文献[17]认为分布式电源的容量越大，对继电保护的影响就越大，保护可能失去选择性，有必要加装方向元件。文献[18]认为分布式电源会对配电网短路电流分布和速断电流保护造成影响，并详细分析了不同重合闸方式下，分布式电源的接入对配电系统保护协调性所产生的各种可能的影响，给出了各种情况下消除分布式电源的接入对配电网保护设备影响的评判条件。文献[19]提出一种多Agent 技术应用于含分布式电源的自适应保护，利用SCADA 系统的通信功能和各Agent 之间的协作能力，提

高了配电网继电保护动作的可靠性，通过将不同地点之间的保护信息进行交换和协作，也提高了分布式电源接入后的配电网继电保护的灵活性。总之，如何使已有的配电网继电保护系统有效保护分布式电源并网后的配电网是目前人们需要解决的问题。

3

分布式电源的优化配置

3.1

投资成本最小优化模型

分布式电源不同的安装位置和容量将会影响到配电网的电压分布与稳定，不合理的安装位置将会影响电网的安全稳定运行。相关学者从不同优化角度对分布式电源的优化配置进行了研究，主要有费用支出、可靠性、损耗度、节能环保等几方面。以费用支出为例，一种考虑投资成本最小的常用优化模型目标函数为：

min f 1=min ∑i =1n DG

(C i 1+C i 2)P d i

（1）

式中：

n DG 为可安装分布式电源节点总数；P d i 为安装在第i 个节点的分布式电源额定容量；

C i 1和C i 2分别为安装在第i 个节点的分布式电源的综合成本和安装成本。

文献[20]提出了以配电网最小年费用作为目标函数的优化模型，其目标函数为：

min F =min(F N 1+F N 2)（2）F N 1=λ1+γ1∑i =1n 1

[]f i (l i )αi +C ΔP 1τ1max

（3）F N 2=λ2+γ2∑i =1

n 2[]f i (d i )βi +C ΔP 2τ2max

（4）

式中：

F N 1为线路每年的投资和运行费用之和；N 1为系统支路总数；αi 为0~1变量，0表示支路未被选中，1表示支路被选中；λ1、γ1分别为线路的投资回报率、年运行维护率；λ2、γ2分别为D

G 的投资回报率、年运行维

护率；f i (l i )为线路i 的综合投资费用；τ1max 为线路的年最大负荷利用小时数；

C 为单位电价；F N 2为DG 每年的投资及运行费用之和；f i (d i )为DG 的综合投资费用；βi 为0~1变量，0表示DG 未被选中，1表示DG 被选中；ΔP 1为线路的有功损耗；ΔP 2为DG 的年电能损失量；τ2max 为DG 的年最大利用小时数。

约束条件为：

ìí?

????U min U U max

||P L P Lmax P

DG min P DG P DG max max {}P

DG i P S max -P S

（5）

式中：

U 为节点电压；P L 为支路有功功率；P DG 为分布式发电额定容量；P S 为配电系统向输电系统购买的实际功率；P S max 为配电系统向输电系统购买的最大功率。以上模型的约束条件中还考虑了分布式电源的总容量约束。3.2

多目标综合优化配置模型

更多学者希望能够从多角度来对分布式电源进行综合优化，文献[21]就从低碳费用、电压安全、有功网损三个指标评估电网效益，建立了分布式发电多目标优化配置模型，达到了减少碳排放、提高系统运行效率和降低有功网损的三重目标。以电压改善率λV 、网损改善率λP 、和环境改善率λE 三个指标作为目标函数：

max f (x )=max(λV ,λP ,λE )

（6）

其中，电压改善率λV 为：

λV =

z DG

z wDG

（7）

式中：z DG 和z wDG 分别为安装和未安装DG 时的系统z

指标：

z =∑i =1N

V i L i k i

（8）

网损改善率λP 为：

λP =

P loss(w_DG)

P loss(DG)

（9）

式中：P loss （w_DG ）和P loss （DG ）分别为安装和未安装DG 时系统的有功网损。

环境改善率λE 为：

λE =ωP i I P i

（10）

式中：ωP i 为碳污染气体的权重因子；I P i 为碳污染气体的排放指标。

等式约束条件为DG 接入配电网后的系统功率平衡方程；不等式约束条件为节点电压上下限、支路功率最大限、DG 容量上下限、旋转备用约束、N ?1安全准则等。

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现代电子技术2013年第36卷

4展望

随着全球智能电网的发展，越来越多的分布式电源集成到电网中，势必会引起电力工业的另一次革命。我国对分布式发电技术的研究尚处在起步阶段，与欧美发达国家相比还存在一定距离，但是在全球日益严峻的能源和环境危机大背景下，分布式发电技术是我国电力系统发展的必然方向，工业和学术界应对此充分重视起来，积极借鉴国外先进技术与经验，加大对分布式发电技术的研究力度，国家也应加快相关政策和法规的制定，为我国分布式发电技术的研究与应用提供坚实的支持与基础。

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作者简介：钱俊男，1985年出生，工程师。主要从事电厂运行控制方面工作。

目前，Vision DWCS B/S版大屏幕控制软件已经广

泛应用于各类大屏幕显示控制系统中，并取得了良好的

应用效果。

3结论

由于大屏幕拼接显示控制软件是一个相对复杂的

调度系统，其用户端操作包含大量的窗口信息、信号信

息和设备信息，由C/S结构转换成B/S结构，采用一般的Web编程技术难以实现，而采用Adobe Flex技术则可以支持相对复杂的B/S应用。通过Vision DWCS B/S版本

的Adobe Flex编程实现，说明了Adobe Flex的技术特

点。Adobe Flex使得B/S结构实现、构建简单、快捷方

便，且可以实现相对复杂的系统应用。

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