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关于分布式电流并网技术的研究

陶佩军 国网上海市电力公司发展策划部主管  2014年11月19日

上海市作为优乐娱乐注册消耗的大城市,随着经济社会稳步快速发展,优乐娱乐注册资源瓶颈制约日益突出,优化优乐娱乐注册结构、保障优乐娱乐注册供给已成为事关全局的重大战略任务。上海是全国推动分布式供能发展最早的省市之一。自2004年起,上海多管齐下、多方努力,积极推进分布式供能系统的应用,取得了明显成效。近年来,上海市在太阳能、燃气冷热电三联供等分布式供能方面取得一些进展,分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高优乐娱乐注册综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径,并在配电网中得到较为广泛的应用。

 

一、分布式供能相关政策

 

在国家政策层面,财政部、科技部、国家优乐娱乐注册局于2009年7月16日发布的《关于实施金太阳示范工程的通知 》中,虽未明确提及分布式发电,但是提出了“用户侧并网的光伏发电项目”,通知规定“用户侧并网的光伏发电项目所发电量原则上自发自用,富余电量及并入公共电网的大型光伏发电项目所发电量均按国家核定的当地脱硫燃煤机组标杆上网电价全额收购。”2011年10月9日,国家发改委、财政部、住房城乡建设部、国家优乐娱乐注册局联合下发的《关于发展天然气分布式优乐娱乐注册的指导意见》中,提出“天然气分布式优乐娱乐注册在我国已具备大规模发展的条件。‘十二五’期间建设1000个左右天然气分布式优乐娱乐注册项目。2020年,装机规模达到5000万千瓦。”2013年7月18日,在发改委发布的《分布式发电管理暂行办法》中为分布式发电提出了明确、标准的定义:分布式发电,是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网,且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合体及利用多联供设施。

具体到上海市的政策,2004年9月2日《关于本市鼓励发展燃气空调和分布式供能系统的意见》中,提出对纳入本市燃气空调和分布式供能系统推进计划的燃气空调和单机规模1万千瓦及以下的分布式供能系统项目,由市政府给予一定的设备投资补贴。标准为:燃气空调按100元/千瓦制冷量补贴,分布式供能系统按700元/千瓦装机容量补贴。2008年11月15日,又发布了《上海市分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》,规定对分布式供能系统和燃气空调项目单位给予一定的设备投资补贴,标准为:分布式供能系统按1000元/千瓦补贴,燃气空调按100元/千瓦制冷量补贴。2013年3月19日《上海市天然气分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》对天然气分布式供能项目按照1000元/千瓦给予设备投资补贴,对年平均优乐娱乐注册综合利用效率达到70%及以上且年利用小时在2000小时及以上的分布式供能项目再给予2000元/千瓦的补贴。2013年8月7日,在《上海市天然气分布式供能系统后评估实施细则(暂行)》中创新性地提出了具体的评估细则,属全国首创。

再具体到国网公司的相关文件。国网公司在2012年10月26日发布了《国家电网公司关于印发分布式光伏发电并网方面相关意见和规定的通知》分别制定了《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见(暂行)》、《关于促进分布式光伏发电并网管理工作的意见(暂行)》以及《分布式光伏发电接入配电网相关技术规定(暂行)》。明确定义分布式光伏发电是指位于用户附近,所发电能就地利用,以10千伏及以下电压等级接入电网,且单个并网点总装机容量不超过6兆瓦的光伏发电项目。2013年2月27日,发布的《国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范的通知》中,在《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》、《关于促进分布式电源并网管理工作的意见》和《分布式电源接入配电网相关技术规范》中正式明确“分布式电源”是指位于用户附近,所发电能就地利用,以10千伏及以下电压等级接入电网,且单个并网点总装机容量不超过6兆瓦的发电项目。包括太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电等类型。近期,国网公司还将根据国家《分布式发电管理暂行办法》进一步修订相关管理办法,并进一步扩大所含优乐娱乐注册范围,完全按照国家优乐娱乐注册局要求对分布式电源并网相关问题做出说明。

 

二、上海市电力公司分布式电流并网研究工作

上海市电力公司在分布式供电方面也做了一系列相关的研究工作,主要包括三个方面:电网影响、经济分析以及法律风险。其中就技术层面而言,随着分布式电源在电力系统中所占比重越来越大,对传统的电网规划提出了新的挑战和要求,加剧了其复杂性和不确定性。分布式电源装机容量一般较小,在接入系统方案中优先考虑接入配电网,分布式新优乐娱乐注册接入配电网后,使配电系统从放射状结构变为多电源结构,潮流和短路电流大小、流向以及分布特性均会发生改变。因此分布式供电对于电网影响又分为电网规划、电网安全、系统调峰、电能质量、继电保护等几个研究方向。

1、分布式电流并网对电网规划的影响主要体现在加大了规划区电力负荷的预测难度。由于规划区内用户可根据自身实际需要安装使用分布式供能系统,为自身及规划区其它用户提供电源,与电力负荷相抵消,对规划区负荷增长的模型产生影响,从而更难准确预测电力负荷的增长及空间负荷分布情况。规划区用户分布式供能系统安装点存在不确定性,而可再生优乐娱乐注册发电,由于其输出电能常受到气候等自然条件的影响,输出电能有明显的随机特性,不能为规划区提供持续的电力保证,使变电站的选址、配电网络的接线和投资建设等规划工作更加复杂和不确定。位置和规模不合理的分布式电源还可能导致配电网的某些设备利用率低、网损增加、降低电网可靠性等。

2、在继电保护方面,传统的35kV或10kV电网是按单电源辐射型网络设计的,并入分布式电源后,网络的结构发生了变化,变为双电源甚至多电源。这将改变故障电流的大小、持续时间及方向。虽然单个小发电机组贡献的短路电流并不大,但许多小型的机组综合起来可能会改变短路电流大小分布,使其足够导致过流保护配合失误。在线路发生故障后,继电保护以及重合闸的动作行为也会受到分布式电源的影响。

3、对电网调度的影响方面,大量分布式电源并于中压或低压配电网上运行,彻底改变了传统的配电系统单向潮流的特点,其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。在分布式电源容量不足时,需电网向负荷供电,以满足负荷的需求;当发电容量超过该地区的负荷时,分布式发电将多余的电能送向电网。因此需要根据经济调度的基本原理,研究在保证安全、可靠运行和满足电能质量、用电需要的前提下,加强调度管理,做好负荷预测,制定各厂(站)之间或机组之间的最优负荷分配方案,使整个电网的能耗或运行费用最少,从而获得最大的整体效益。

4、在非正常孤岛问题上,孤岛主要会引发一系列的安全问题,如线路维护人员人身安全受到威胁;与孤岛地区相连的用户供电质量受影响(频率和电压偏出正常运行范围);孤岛内部的保护装置无法协调;电网供电恢复后会造成相位不同步;孤岛电网与主网非同步重合闸造成操作过电压;单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电。

5、在电能质量方面,通过电力电子逆变器并网的分布式发电系统,易产生谐波、三相电流不平衡;输出功率随机性易造成电网电压波动、闪变;分布式电源直接在用户侧接入电网,电能质量问题直接影响用户的电器设备安全。在10kV接入、400V接入系统中,可能存在谐波电流总畸变率偏高的问题。随着容量的增大,谐波电流对电网的影响将进一步加大。

6、可靠性问题方面,分布式电源在一定情况下可部分消除输配电网的过负荷和堵塞,增加输配电网的裕度,使系统可靠性提高;在一定的布置和电压调节方式下,分布式电源可缓解电压骤降,提高系统的可靠性;分布式电源与配电网的继电保护配合不好,可能使继电保护误动作,反而使可靠性降低;不适当的安装地点、容量和连接方式会使配网可靠性变坏。

通过这些研究工作,我们也取得了一系列研究成果。自2004年到2009年,上海市电力公司分别制定和发布了如《上海电网分布式电源并网技术原则(试行)》,《上海电网资源综合利用发电装置接入系统技术原则》,《分布式供能系统工程技术规程》,《民用建筑太阳能应用技术规程》等,为分布式电源并网提供了必要的保障。

 

三、上海市分布式供能发展现状

 

我们总结了上海市目前分布式供能系统的发展现状。一是分布式天然气,截至2013年9月底,上海累计实施了26个分布式天然气供能系统项目,总装机容量达14MW,正常运行的项目有18个,装机容量合计11MW。用户类型绝大多数是用于具有较长时间热负荷需求的工商业用户,仅有上海理工大学和上海交大紫竹院等3个项目用于教学试验。应用形式则是在运的分布式天然气供电系统项目均为楼宇式。目前,区域式分布式天然气供电系统项目也已启动。二是分布式光伏项目,截至2013年9月底,累计投运31个分布式光伏项目,装机容量合计22MW。

图1 上海分布式电源发展情况

 

从图1中可以看出上海市分布式电源发展速度非常快。上海市在2008年出台了第二轮分布式天然气的相关政策,所以在这一年,天然气分布式电源达到7.3MW(统计结果以目前正在投运的设备为准,已经报废或停运的不列为统计对象)。2009~2010年,由于“金太阳”示范工程的实施,分布式光伏电源迎来剧增。2012~2013年,图中黄色部分为首次出现的燃气区域性分布式供能项目,这就是所谓的优乐娱乐注册中心项目。值得注意的是,图中关于2013年数据统计只包括了投运数据。然而随着“金太阳”示范工程截止日期的临近,分布式光伏发电还将有十几万瓦的设备投入运行。届时分布式光伏电源还将增加目前数据的一半甚至一半以上。此外,燃气区域可能在明年也会多出8~9万瓦。

图2总结了上海分布式电源的几个发展阶段:2004年以前,以天然气试点项目为主;2004~2010年,分布式电源处于逐步推广阶段,主要是单用户承担的空调负荷,仍然以天然气为主;2010~2013年,由于国家政策的扶持,分布式光伏出现了巨大的飞跃。区域性优乐娱乐注册中心项目也开始出现。根据我们的预测2013年以后,分布式光伏由于相关政策仍旧比较优惠,所以还会继续发展。此外,区域优乐娱乐注册中心也将会有一个比较大的发展,而生产用能企业的发展则是与刚刚发布的《大气污染防治法》息息相关。

图2 上海分布式电源发展阶段

 

四、上海市电力公司关于分布式电流并网的相关工作调整

 

根据国家电网公司对于分布式电流并网的相关规定,上海市电力公司在并网申请流程、申请费用、申请材料等方面也做了一系列的调整工作。在申请流程方面,图3中左图为原有分布式电源接入的申请流程,按照流程业主单位先要到发改委申报路条,委托设计单位进行接入方案设计,提交电力公司进行委托审核,电力公司进行评审,业主方同时提交并网申请,电力公司出具接网意见函,经核准后,业主单位进行外线改造。通过简化后,按照右图路线,只需要业主单位到电力公司营业窗口填写并网申请即可办理。一切接入方案设计评审工作均由电力公司完成。在申请费用方面,原来需要业主承担的委托接入方案设计以及外线改造的费用现在均由电网企业承担。在申请材料方面,除填写分布式电源项目接入申请表外,自然人申请需提供经办人身份证原件及复印件、 户口本、房产证等项目合法性支持性文件等。法人申请需提供经办人身份证原件及复印件和法人委托书原件(或法定代表人身份证原件及复印件);企业法人营业执照、土地证等项目合法性支持性文件;政府投资主管部门同意项目开展前期工作的批复(需核准项目);项目前期工作相关资料等。  

图3分布式电流并网申请流程简化前后

 

通过对于分布式供能的研究和实际操作,我们得出了工作中的一些经验与思考。首先,无论是分布式光伏供能还是分布式天然气供能,政府推进仍是分布式供能项目发展的主要动力;其次,用户选择、合理设计是项目成功的关键;此外,在分布式供能系统相关设备的安装和使用中,我们仍需要做出更多努力以降低相关费用;最后,仍需要充分研究分布式供能的社会效益和经济效益以进一步推动这一事业的健康发展。


 
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