分布式发电及其在电力系统中的研究分析综述

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1、...页眉分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述梁有伟，胡志坚，陈允平（武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市430072）摘要：分布式发电以其投资省、发电方式灵活、与环境兼容等特点与大电网日益联合运行，给现代电力系统运行与控制带来巨大的变化。它既可以满足电力系统和用户的特定要求，如削峰；又可以提供传统的电力系统无可比拟的可靠性和和经济性。因此，研究分布式发电具有重要的理论意义和重大的应用价值。文章简要介绍了新型分布式发电技术，综述了分布式发电在电力系统的应用研究现状，并探讨了分布式发电的未来研究方向。关键词：分布式发电；配电网；稳定控制；继电保护；电能质量；电力市场；随机

2、最优控制；电力系统1引言配电网中，城市居民和商业用户、农村和半城镇区域的负荷具有很大的随机波动性。家用空调随气温变化的无规律启停，降水降雪和大风的无常发生，以及其他不确定因素所引起的负荷变化给配电网的规划、设计和运行带来了巨大的难题和挑战。集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统自身也存在着一些弊端。为解决此类问题而大力改造和新建配电网络在技术、资金和效益上都是不可取的。因此，欧美的电力专家提出了投资省、发电方式灵活、与环境兼容的分布式发电与大电网联合运行的方式，从而提高了电力系统运行的灵活性、可靠性和安全性。2分布式发电技术2.1分布式电源分布式发电（Distribu

3、tedGeneration，DG）是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，经济、高效、可靠地发电[1]。分布式电源（DistributedGeneratingSource，DGS）包括功率较小内燃机（InternalCombustionEngines）、微型燃气轮机（Micro-turbines）、燃料电池（FuelCell）、可再生能源如太阳能发电的光伏电池（PhotovoltaicCell）和风力发电等。2.2微型燃气轮机技术[2,3]微型燃气轮机是以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型气轮机。其发电效率可达30%，如实行热电联产，效率可提高到75%。微型燃

4、气轮机的特点是体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。它是目前最成熟、最具有商业竞争力的分布式发电电源。2.3燃料电池技术[4-7]燃料电池的工作原理是富含氢的燃料（如天然气、甲醇）与空气中的氧气结合生成水，氢氧离子的定向移动在外电路形成电流，类似于电解水的逆过程。它并不燃烧燃料，而是通过电化学的过程将燃料的化学能转化为电能。通常，燃料电池发电厂主要由三部分组成：燃料处理部分、电池反应堆部分、电力电子换流控制部分。目前已研究开发了五种燃料电池：聚合电解质膜电池（PEM）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、固体电解质燃料电池（SOFC）和熔融碳酸

5、盐燃料电池（SOFC），其中PAFC是目前技术成熟且已商业化的燃料电池。燃料电池具有巨大的潜在优点：①其副产品是热水和少量的二氧化碳，通过热电联产或联合循环综合利用热能，燃料电池的发电效率几乎是传统发电厂发电效率的2倍；②排废量小（几乎为零）、清洁无污染、噪音低；③安装周期短、安装位置灵活，可以省去配电系统的建设。2.4光伏电池技术[8,9]光伏电池是将可再生的太阳能转化成电能的一种发电装置。国外开发的屋顶式光伏电池发电技术已得到广泛的关注。德国最著名的2000户屋顶工程（2000RoofProject），超过2000户家庭安装了屋顶式光伏发电装置，平均每个分布式发电单元

6、发电量达3kW。虽然光伏电池与常规发电相比有技术条件的限制，如投资成本高、系统运行的随机性等。但由于它利用的是可再生的太阳能，因此其前景依然被看好。....页脚...页眉2.5风力发电技术[10,11]风力发电机组从能量转换角度分成两部分：风力机和发电机。风速作用在风力机的叶片上产生转矩，该转矩驱动轮毂转动，通过齿轮箱高速轴、刹车盘和联轴器再与异步发电机转子相联，从而发电运行。它最有希望的应用前景是用于无电网的地区，为边远的农村、牧区和海岛居民提供生活和生产所需的电力。风力发电技术在新能源领域已经比较成熟，经济指标逐渐接近清洁煤发电。3分布式发电在电力系统的应用研究现状3

7、.1稳定性分析文[12]总结了DGS影响配电网电压控制的几点因素：①现有的自动电压控制器（AutomaticVoltageControl，AVC）通过控制无源配电网（几乎没有发电机存在）电压幅值的大小而工作的；②DGS位于偏远地区，远离主变电站，在主变电站实现电压控制较困难；如变电站到发电机之间的线路阻抗大、负荷密度低，电压控制甚至不能实现；③如果接于馈电线的DGS容量额定值大于馈电回路的总负荷量，通过降压变压器的潮流将反向，致使变压器低压侧成为电源；④DGS的类型（同步机、异步机）及运行条件影响电压控制。文[13]提出了通过