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浙江大学电气工程学院 莫颖涛 吴为麟
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现在全世界的供电系统中90 ％是以大机组、大电网、高电压为特征的单一式供电系统，但是由于传统能源资源的逐渐枯竭，当今社会许多部门对电能质量要求的提高，以及世界各国对环保问题的日益重视，一种环保、高效、灵活的发电方式——分布式发电已经被世界各国所重视，成为21世纪电力系统最重要的研究方向。至今为止，世界各国对分布式发电都没有一个统一的定义，国际大型电力系统委员会（CIGER）将分布式发电定义为：“非经规划的或中央调度型的电力生产方式，通常与配电网相连，一般发电规模在50～100 MW之间”。 7 H4 E, A. e9 I2 K$ l% G, X2 {8 I
* S0 x0 v8 w, _下面就对影响分布式发电发展的关键问题进行分析，进而提出传统电力系统应该所做的改进。 8 d8 r* t2 n8 ?, P9 y8 E$ S
4 [! C0 }) r! Z5 f3 C1 分布式发电电源位置和容量的确定 1 C, B6 N9 Z, D) U
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分布式电源的位置和容量的确定是设计一个分布式系统不可缺少的前提条件。分布式发电是充分利用新型的可再生能源来进行发电，现已提出的发电方式有：微型燃气轮机、风轮机、光伏发电系统、燃料电池等，根据客户终端所需的容量大小和所处的地理位置环境，综合考虑各种衡量指标，从而确定采用何种发电方式。发电的容量不仅要满足负荷正常运行时候所需的能量，而且要对突发事件要有一定的承受能力，可以采用灰色关联、神经网络、小波分析等技术建立精确负荷模型进行预测。发电设备的位置不仅要考虑周边的能源、交通运输、地理环境等因素，还要考虑如何布置使得线路损耗尽可能小，从而改善系统的经济性、可靠性和灵活性。 " t# C& ]8 ^& @1 O. K- a
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2 电力电子转换接口的研究 # K8 ~# y1 j' Z9 E! O6 _1 Q7 Q- v
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正是电力电子技术的飞速发展使得分布式发电成为可能，任何一种形式的分布式发电都要解决分布式电源与电网、用户、储能系统之间的接口能量转换问题。近几年电力电子转换设备在功率和耐压得到了较大的提高，但是还没有满足分布式发电的要求，需要进一步开发新型的电力电子转换设备，用较低的成本实现大功率、高电压、大电流级别系统的能量转换。用于分布式发电中的电力电子接口现大体分为以下四类：DC-DC转换器、逆变器、输出过滤器、处理器。这四种标准接口要进行合理的设计，使其具有较低的成本、很高的可靠性，最终实现接口的模块化。模块化的接口根据不同的连接方式以适应不同功率、电压等级的分布式发电系统，在实践和探索中形成变流器的拓扑结构和控制策略。此外，还需要探索研究电力电子接口电路给分布式发电提供辅助性的服务，如无功功率的补偿、电压频率的限制、控制潮流。最后不容忽略的是：电力电子技术在能量存储系统中的应用也将进入更深入的探讨和研究。
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3 分布式发电与传统电网的结合
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. j' `- }) i! ~: c/ z4 S* Q分布式发电是未来电力系统的发展方向，但是并不意味着现在就将传统的集中式大电网淘汰，在一段时间内这两种发电模式共存，互为补充。结合传统电网和分布式发电的优势，将其合理的整合在一起，这才是最为明智的选择。现在已经提出的方案有以下几种：第一种是将分布式电源发出的直流输出转换为交流，同时要求与交流大电网保持绝对的同步；第二种是将分布式电源发出的直流输出转换为交流后，直接供给某些特定负荷而不需要和大电网相互作用；第三种是将分布式电源与交流大电网隔离，完全成为一个独立的系统。我们需要对各种联网方式的适用范围、运行条件和关键技术进行探讨。
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0 |% O/ h' p9 b" `3 y9 q4 分布式发电给系统电网稳定性引入新的问题
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分布式发电对电力系统稳定性的影响主要取决于功率水平和发电方式这两个方面。由于分布式发电与传统大电网进行并联运行的方式有不同的选择，而且大量电力电子设备和电容、电感的引入，这样将改变原有系统的网络拓扑，从而影响潮流的分布，给电网的稳定性带来了不确定性。外界产生干扰可能导致频率和电压的不同步，从而拖垮整个系统。如何做到故障时能相互隔离而不受影响、遇到外界干扰时能够相互配合将是艰巨复杂的研究任务。联合运行后系统在各种状态下的稳定性将是一个不容回避、刻不容缓的研究课题。
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5 能量存储系统的研究
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电力的存储问题是电力系统长期以来没有彻底解决的问题，分布式发电的引入将进一步加速其技术发展的紧迫性。现在较有前途的储能技术有蓄电池储能、超级电容器储能、飞轮储能以及超导储能。这些储能技术在工业领域中已经有所应用，而且取得了较好的效果，但是如果将它们应用到分布式发电中，还需在存储容量、可靠性和经济性上作进一步的改进。如何将系统的储能容量提高以及保证储能系统能够安全及时地吸取和释放电能，将对联合运行后电网的安全稳定性和经济性起到极其重要的影响。 9 F" U& z8 A# A" y: g {; a/ Q
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6 电力市场的改革
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* [2 ^0 D8 A* I* M0 C/ C随着我国改革开放的进一步深入，电力行业市场化的趋势是不可阻挡的，因此对电力市场的研究也将势在必行。分布式发电是21世纪世界各国电力行业共同的发展方向，在我们国家也不会例外，但是随着它的引入，必然将对现在集中式电力管理模式产生极大的冲击，造成电力公司和其它用户与分布式发电者之间的矛盾，进而使电力市场出现一个混乱的局面。因此，现在就要对分布式发电的管理、分布式发电与可替代的输电和配电投资的比较、分布式发电对供电成本的影响、分布式发电成本的分摊以及以后电力公司的角色等重要问题进行深入的研究。
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7 分布式发电具有提供辅助性服务的能力
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( s1 W3 C% C0 N分布式发电在一些特定的条件下，可以实现无功补偿来保持电压稳定，取代AGC实现功率损耗的追踪，进行频率控制防止失步，灵活的调节输出以满足负荷的变化，代替PSS以及实现动态制动等一些辅助性的功能。分布式发电的这些辅助性功能的实现将会取代大量的电力系统辅助设备，给电网带来了极大的经济性。 ' M8 s) K) D) g0 |/ e
% R9 p( a+ K! v5 a( r B8 结论 ' L n- C3 E7 P6 V- j) o
; e/ Q& l+ ]6 {$ t3 u5 `, ^分布式发电是21世纪电力行业最主要的发展方向，世界各国都在对此进行研究，欧美一些国家在分布式发电技术上已小有成就，我国正处于起步阶段，所以任务还很艰巨，但是在国家科委的大力支持下，对分布式发电研究的项目已经启动，相信经过电力工作者的努力，我国的分布式发电将会跻身于世界前列。 % q4 P S. c2 U8 S; X" ]
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附注：本项目得到国家自然科学基金支助，项目批准编号为：50437010。
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参考文献：
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[2]梁才浩,段献忠.分布式发电及其对电力系统的影响[J],2001,25(12):53-56. : [4 |5 D9 Q6 \) L* Y! p* U# I
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发表于 2009-1-7 11:18:29
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