分布式能源并網運行研究中電聯(lián)

分布式能源并網運轉研討清華大學電機系朱守真zsz@12/28/20231引言第一部分：分布式電源并網技術要求和管理條例第二部分：分布式電源并網運轉對電力系統(tǒng)的影響第三部分：分布式電源電價政策和買賣方式12/28/20232綠色能源可再生能源太陽能、風能、燃料電池渣滓、沼氣、生物質能、地熱能、海洋能小型燃氣等熱電冷聯(lián)產能源綜合利用引言12/28/2023312/28/20234荷蘭零能源、零排放建筑12/28/20235作為多功能建筑構件運用的光伏組件在建筑物上安裝的太陽電池的作用不僅僅是發(fā)電；除了發(fā)電，首先該當將太陽電池看作是建筑物外墻體上的通用的和調和一致的建筑資料；安裝在建筑物上的太陽電池該當具有如下功能：使室內不受天氣變化的影響；防雨；抗風；隔熱；隔噪音；遮陽；美觀；發(fā)電；要求太陽電池組件該當適宜建筑設計師的選擇：規(guī)范太陽電池組件特殊制造的太陽電池組件柏林火車站候車大廳12/28/20236北京南站天津站12/28/20237分布式能源運轉構造表示圖12/28/20238內燃燃氣發(fā)電機組熱電冷聯(lián)產系統(tǒng)能源需求較為多樣化的用戶，同時處理了電能、熱能及冷能的供應燃氣內燃發(fā)電機組屬節(jié)能環(huán)保產品,起到環(huán)保,節(jié)能,優(yōu)化能源構造三重效果。該系統(tǒng)燃氣綜合利用效率可以到達70％以上，運轉費用低，熱效率高，經濟效益顯著。12/28/20239清潔、可再生能源發(fā)電的興起(1)全世界風電裝機容量年均增長率是全球增長速度最快的能源歐洲風能協(xié)會的方案提早完成。中國“乘風方案〞，目的宏偉。〔2〕太陽能光伏電池〔PV〕90年代太陽能發(fā)電年增長率達17%〔3〕高溫燃料電池：效率可達60％〔4〕微燃氣輪機發(fā)電〔不同于調峰用燃氣輪機發(fā)電〕〔5〕其他發(fā)電技術生物質能〔沼氣、渣滓、秸稈〕、小水電、余熱電廠、熱電聯(lián)供〔集中供熱汽、水〕、地熱電站、太空電站、大氣發(fā)電

上述這些新發(fā)電方式，全世界目前占發(fā)電總量的2％，商用價值有限；2021年占10％；前景遠大；12/28/202310不同燃料類型的能耗2030年世界估計：化石能源70％，水6％，核6％，可再生能源13％，12/28/202311分布式電源定義分布式電源通常是指分分布置在電力負荷附近的、容量在數(shù)千瓦至數(shù)十兆瓦之間的、為環(huán)境兼容的、節(jié)能的發(fā)電安裝。如燃氣輪機、內燃機、太陽光伏、燃料電池、風力發(fā)電等。12/28/202312國外研討和定義2000年，ElectricPowerSystemsResearch雜志，<Distributedgeneration:adefinition>目的：有功；安裝位置：配電網或用戶側容量：建議不給出詳細的容量限制接入容量依賴于配電網容量和電壓等級 幾kW～300MW送電區(qū)域：建議不給出區(qū)域限制有些地域的DG白天只給當?shù)嘏潆娋W供電，晚上負荷低時，向輸電網送電。類型：不限制?？梢允翘柲?、CHP、風力、燃料電池等等IEEE1547，把DG容量限制在10MW及以下12/28/202313DG并網的定義分布式電源并網運轉就是指其在正常的開機形狀下，與電網存在電氣回路的直接銜接，分布式電源和電網的銜接點普通稱為公共銜接點。國內提“并網〞普通指電廠向系統(tǒng)送電。國外對并網多用interconnection，同時突出paralleloperation。即DG和電力網絡同時運轉在ieee提出的觀念中，DG應幾乎可以在恣意位置和電力系統(tǒng)相連。12/28/202314DG分類按容量分類總容量為數(shù)十兆瓦的微型電廠數(shù)千瓦至數(shù)千千瓦的分布式電源，普通接在用戶內部按運用能源分類再生能源，太陽能、水力、風能、地熱和生物質能氫氣化學反響，燃料電池清潔的不可再生能源，如天然氣按運用發(fā)電機類型分類同步發(fā)電機和異步發(fā)電機按接入電網方式分類旋轉型接入經過逆變器接入按能否反送功率分類經電網接入點向電網反送功率不經電網接入點向電網反送功率12/28/202315分布式電源并網的四大瓶頸電網平安性并網技術市場運作效益評價DG并網對分布式電源并網對電網平安的影響分析DG并網的技術規(guī)那么和管理方法制定對分布式電源并網的經濟效益分析相應的電價政策和并網買賣方式制定12/28/202316第一部分

分布式電源并網技術要求

和管理條例DG并網電壓選擇DG并網浸透率確定電能質量要求DG機組運轉要求12/28/202317DG并網電壓選擇數(shù)千瓦至數(shù)百千瓦在400伏電網數(shù)百千瓦至數(shù)20兆瓦以下普通在10千伏電網20兆瓦至100兆瓦220千伏變電站的110千伏母線北京城區(qū)的配電網中沒有35kV這一電壓等級，因此DG機組并網只能選擇400V、10.5kV、或者更高的110kV三個電壓等級。10kV線路典型的保送功率的容量是10MkVA；10.5kV/400V的變壓器普通容量在幾百kW，最大不超越1000kW。12/28/202318臺灣對并網電壓的規(guī)定100kW以下的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)在低壓配電網接入，容量在100～10000kW，接入11.4kV容量在20000kW以下，接入22.8kV。12/28/202319美國加州對并網電壓的規(guī)定發(fā)電機容量(kVA)近似輸出功率(kW/MW)最低并網電壓40kVa40kW低壓單相電壓100kVa100kW低壓3相電壓3,500kVa3.5MW13kV10,000kVa10MW33kV40,000kVa40MW69kV100,000kVa100MW138kV12/28/202320DG并網浸透率確定在一個受電區(qū)域內，DG機組總的裝機容量和該區(qū)域內總負荷容量的比例要限制在一定范圍之內，不能過大。美國德州限制一條饋線DG機組的總容量不能超越最大負荷的25%。12/28/202321電能質量要求當DG機組并網之后，由于有大系統(tǒng)作為支撐，DG用戶的電能質量將得到很大的改善GB12325-90電能質量供電電壓允許偏向GB12326-2000電能質量電壓動搖和閃變GB/T14549-93電能質量公用電網諧波GB/T15543-1995電能質量三相電壓允許不平衡度GB/T15945-1995電能質量電力系統(tǒng)頻率允許偏向GB/T18481-2001電能質量暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓分布式電源必需滿足有關國標和電網公司對電源電能質量管理方法中的規(guī)定。12/28/202322DG機組運轉要求平穩(wěn)啟動和停機，不易頻繁啟停恒功率因數(shù)運轉能否向系統(tǒng)反送功率允許微型電廠反送功率，10千伏電網上的分布式電源原那么上不得向電網反送功率。“并網不上網〞方式。國外稱為non-export，裝機容量小于最小負荷，或者有逆功率維護。審批相對簡單。DG所發(fā)電能只在用戶內部耗費，以電能計量點為分界獨立運轉DG機組的獨立運轉方案必需在工程懇求時一同提出，并且經過測試獨立運轉時，DG機組和所帶負荷必需與電網脫離12/28/202323繼電維護和解列條件并解列開關普通應安裝在分布式電源出線開關，并解列開關須具備自動方式。過、欠電壓維護和解列條件超出±7%時，5s解列，低于75%或高于120%，0.5s解列過、欠頻維護和解列條件頻率低于49Hz時，0.5s解列非全相運轉維護防孤島效應維護方向功率維護為1％的機組容量，繼續(xù)5s12/28/202324申報審批流程圖12/28/202325第二部分分布式電源并網運轉對電力系統(tǒng)的影響研討12/28/202326并網影響的研討內容DG并網對配電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓的影響；DG并網運轉對系統(tǒng)的電能質量〔電壓動搖、諧波、電壓不平衡、直流注入方面〕的影響；在非正常情況下，DG并網對電力系統(tǒng)的影響。定性給出系統(tǒng)缺點時DG對短路容量的奉獻及對系統(tǒng)維護設置能夠的潛在影響，并定性研討了DG對缺點時部分系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。12/28/202327對電力系統(tǒng)的積極影響減少配電網投資。DG直接裝在用戶側，減少輸配電設備的投資,減少保送電的損耗，降低本錢；長期角度能延緩或減少新建大型發(fā)電廠和遠間隔輸電線。條件允許的話，新增負荷優(yōu)先由DG來滿足；具備削峰填谷、平衡負荷的作用，使現(xiàn)有發(fā)電輸電設備的備用減少，利用率提高。12/28/202328DG對電網的不利影響增大了電網的短路容量；增大了線路調壓難度；影響繼電維護配置；影響電能質量程度。12/28/202329一、DG并網對配網穩(wěn)態(tài)電壓的影響〔1〕配電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓分布圖并入分布式電源前后饋線的電壓分布和節(jié)點電壓變化曲線闡明：接入DG對于系統(tǒng)線路的電壓分布有明顯的改善作用。12/28/202330〔2〕DG出力變化圖2DG出力變化引起電壓變化的曲線闡明：不改動DG接入位置的情況下，電壓的支撐由DG輸出的總出力決議?？偝隽υ蕉?，浸透率越高，電壓支撐就越大，整體電壓程度就越高。51015200.950.960.970.980.991.001.011.02負荷節(jié)點編號負荷節(jié)點電壓(p.u.)654310

12/28/202331〔3〕DG接入位置變化

1)DG數(shù)量仍為5個2)DG集結在同一節(jié)點

圖DG出力變化引起電壓變化的曲線圖DG集結在同一節(jié)點上的電壓分布曲線闡明：總出力一樣的DG，分布在不同的位置組合，得到的電壓分布有著較大的差別。

12/28/202332普通規(guī)律從電壓支撐角度，分布式電源有明顯的積極作用。這取決合理選擇接入地點、合理選取容量并適當調度；DG接入位置與DG相對網絡負荷的浸透率大小有關，可行的安裝位置可選擇為從該點到末端的總負荷等于DG容量的一半；正常情況下，DG應多發(fā)有功少發(fā)無功，堅持高功率要素運轉；減少線路電壓對分布式發(fā)電的依賴；在DG接入地點，應安裝適當?shù)臒o功電壓支撐設備，如電容器等，在DG退出運轉時投運；12/28/202333二、DG并網對電能質量的影響12/28/202334〔1〕DG與電壓動搖DG引發(fā)電壓動搖的緣由采用感應發(fā)電機的DG機組，機組啟動的時候會從電網中吸收大量無功，呵斥電壓的跌落；對于普通的DG機組，由于容量小，慣性小，容易遭到外界要素變化的影響，如負荷隨機性、沖擊性動搖，會引起DG出力變化，進而引發(fā)DG附近節(jié)點處的電壓發(fā)生動搖。太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等方式的DG系統(tǒng)的輸出隨太陽光、風力大小的變化而變化，因此容易呵斥DG接入點附近的電壓動搖。12/28/202335〔2〕DG與諧波、間諧波DG引發(fā)諧波的緣由采用逆變器并網的DG機組并網時，由于逆變器中電力電子開關器件頻繁開通和關斷，在其開通和關斷的過程中都會給系統(tǒng)帶來圍繞開關頻率附近的諧波分量；普通的逆變器都選用三相六橋臂的設計方案，這也會帶來6脈沖逆變器固有的6n±1次諧波12/28/202336DG與諧波、間諧波仿真算例圖當系統(tǒng)頻率出現(xiàn)快速小幅動搖時候，DG逆變器輸出電壓的諧波情況12/28/202337〔3〕DG與直流注入原因：對于采用逆變器接口的DG系統(tǒng)，由于逆變器控制電路中運算放大器的零點漂移，開關管本身及其驅動電路不一致等緣由會使逆變器輸出電壓產生直流分量；逆變器換流失敗時尤為嚴重危害：12/28/202338DG與直流注入處理方案并網方式下，經過DG控制功能；較大容量的逆變型DG機組出口處設置隔離變壓器12/28/202339〔4〕DG與電壓不平衡電網電壓不平衡原因配網饋線負荷不平衡線路阻抗不對稱DG并網對電網電壓不平衡的影響對于采用單相并網的DG機組，可以將其接入到帶負荷較多的一相，從而減少電壓的不平衡度，實現(xiàn)DG對電壓不平衡的積極影響12/28/202340三、非正常運轉情況下DG對電力系統(tǒng)的影響12/28/202341〔1〕添加短路容量及影響維護配置DG對缺點電流的影響缺點點的短路容量過大，以致圖中出線1的短路電流超越該線路上的配電設備〔電纜、短路器等〕所能接受的短路才干和斷路才干；10kV饋線普通只配備過流維護，不具備方向性。因此，當DG產生的短路電流太大，會引起圖中維護b誤動作，從而導致線路2斷開，引起線路2上用戶的不用要的斷電。12/28/202342添加短路容量及影響維護配置逆變器接口的DG并網后不會添加系統(tǒng)的短路容量；旋轉型接口的DG并網后，將提供短路電流從而增大短路容量，能夠會破壞配網設備和影響維護設置；減少和防止DG并網帶來的消極影響，應從以下幾方面思索：限制DG的并網容量；添加DG隔離變壓器阻抗；DG出口增設方向功率維護；DG并網之前，要在充分調查發(fā)電設備阻抗的根底上，計算DG能夠帶來的短路電流的添加，以確定DG的并網容量。12/28/202343〔2〕對系統(tǒng)部分穩(wěn)定性的影響對應不同DG浸透率系統(tǒng)的頻率呼應對應不同DG浸透率500kv母線的電壓呼應可見，DG帶相應數(shù)量的負荷并網的系統(tǒng)在缺點時比不帶DG有著更好的動態(tài)呼應。最大電壓和頻率的偏移量變小，振蕩得到略微的阻尼。12/28/202344〔3〕低壓維護跳開DG對系統(tǒng)的影響對應不同低壓維護靈敏度跳開DG的系統(tǒng)頻率特性對應不同低壓維護靈敏度跳開DG的電壓特性可見，系統(tǒng)發(fā)生缺點時，DG低壓解列維護，會給系統(tǒng)帶來一定的負面影響。12/28/202345〔4〕并網對接地的影響DG并網引發(fā)原有接地系統(tǒng)的沖突：中低壓配網的小電流接地方式；DG需求將中性點接地以限制線對地電壓；處理方法——設備選擇和參數(shù)設置采取折中為DG及隔離變壓器提供接地源，保證有效接地，抑制過電壓；設置接地阻抗，防止大容量DG并網帶來缺點電流增大而使繼電器、熔斷器等誤動作。12/28/202346并網對接地的影響從過電壓角度的仿真變壓器零序阻抗較大時出現(xiàn)暫態(tài)過電壓變壓器零序阻抗較大時出現(xiàn)暫態(tài)過電壓12/28/202347并網對接地的影響從過電流角度的仿真變壓器零序阻抗較大時出現(xiàn)暫態(tài)過電壓變壓器零序阻抗較大時出現(xiàn)暫態(tài)過電壓12/28/202348并網運轉時配電網系統(tǒng)的技術開展配電網從單端電源輻射狀供電變化為多端供電采用階段式配合原理的維護，現(xiàn)需開展多端電源線路的維護采用電源向負荷送電模型潮流計算方法，先需求開展環(huán)形潮流的新計算方法短路電流改動，需求重新設置維護參數(shù)配電網的監(jiān)測控制，終端低壓處通常沒有SCADA系統(tǒng)，需建立用于控制DG的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。光伏、燃料電池等類型DG需經逆變器接入電網，這些電力電子技術的運用能夠會帶來新的問題12/28/202349小結從DG對缺點電流影響的角度出發(fā)，在確保DG浸透率不超越一定限值的前提下，DG并網對系統(tǒng)的影響是可忽略的；在DG的接地問題上，需求在設備選擇和參數(shù)設置上有一些折中；仿真闡明，選擇適宜的參數(shù)，同時抑制過電壓和過電流是可以實現(xiàn)的；當DG只是恒電流輸出時，隨DG浸透率的增大，對系統(tǒng)缺點時的電壓和頻率動態(tài)呼應有積極影響；仿真闡明，DG的低壓解列維護越靈敏，那么導致系統(tǒng)解體的能夠性越大，不應將DG的解列維護設置得過于靈敏。12/28/202350第三部分

分布式電源電價政策和買賣方式

一、可再生能源二、冷熱電聯(lián)產12/28/202351分布式電源買賣方式思索要素：國家戰(zhàn)略方針、能源開展規(guī)劃、環(huán)保、電網平安利益的再分配12/28/202352值越高，投資收益越明顯自行開發(fā)熱/電負荷多樣化運營電力公司競爭本錢的升高－減少乃至替代人們對于傳統(tǒng)電力公司集中供電效力的需求隱性地分擔并網本錢分布式發(fā)電商買賣的思索12/28/202353政府補貼投資貼息稅收優(yōu)惠減免費用轉移費用向房地產開發(fā)商征收輸電線路延伸和新建的費用征收環(huán)境污染費懇求和審批過程中的費用12/28/202354政府的買賣政策可再生能源發(fā)電配額制政策可再生能源綠色證書制度12/28/202355相關電價政策自創(chuàng)以可再生能源為根底的分布式電源可再生能源發(fā)電配額制政策(RPS)購電法〔固定電價制度〕招標政策分布式電源CCHP能源價錢合理允許電力并網買賣投資補貼融資12/28/20235612/28/202357一、可再生能源

國外可再生分布式電源鼓勵政策強迫性或指令性政策可再生能源發(fā)電配額制政策(RPS)綠色證書〔綠卡〕市場—可再生能源綠色證書制度經濟鼓勵政策購電法市場開辟戰(zhàn)略招標政策英國非礦物燃料契約〔NFFO)12/28/202358可再生能源的電價分攤機制 和買賣方式設計全社會分攤自愿認購可再生能源基金設計分攤程度估算與預測綠色電力營銷機制買賣方式設計12/28/202359基于自愿認購的買賣方式設計綠色證書買賣方式從事綠色證書買賣的主體可以是任何有資歷的綠色電力營銷公司或非營利組織。12/28/202360對于采用可再生能源的分布式電源，應規(guī)定能源消費中可再生能源的總量目的。支持建立綠色電力制度，鼓勵和支持各種方式的可再生能源分布式電源并網發(fā)電。市場保證并網發(fā)電應對利用可再生能源的分布式電源上網電價實行分類電價制度。分類電價由政府價錢管理部門根據(jù)其發(fā)電本錢和參照同類發(fā)電工程本錢程度測算確定，并定期向社會公告。發(fā)電上網上網電價由于可再生能源電力的上網電價偏高，為緩解電網企業(yè)的運營壓力，政府應給予相應的補貼；必要時，可適當調整售電價錢。銷售電價可再生能源買賣建議12/28/202361我國新政策-全國開展和改革任務會議公布加大重點工程實施力度-十大節(jié)能等工程強化經濟政策的鼓勵作用研討制定節(jié)能節(jié)電政策措施、環(huán)保收費改革、公布實施可再生能源店家補貼和配額買賣方案，出臺節(jié)能環(huán)保工程稅收優(yōu)惠政策。加強目的責任評價考核和監(jiān)視檢查12/28/202362為優(yōu)化能源構造，提高能源總體效率，鼓勵在賓館、醫(yī)院、大型商場和商務樓宇等用戶開展分布式電源系統(tǒng)。二、冷熱電聯(lián)產——能源綜合利用清華大學節(jié)能樓的熱電冷聯(lián)供實驗平臺12/28/202363分布式電源現(xiàn)有買賣方式案例12/28/202364熱電〔冷〕聯(lián)產的電價政策及買賣并網發(fā)生的電力系統(tǒng)配套費用的收取由于并網發(fā)生的電力系統(tǒng)配套費用應納入分布式電源建立中對分布式電源征收政府性基金應按本市一致規(guī)范向分布式電源征收三峽基金、農網還貸基金〔電價〕、城市公用事業(yè)附加費等政府性基金和附加。北京城市公用事業(yè)附加費額度：非居民照明、商業(yè)用電征收4分/千瓦時。12/28/202365對并網運轉中的分布式電源收取合理的〔備用〕補償費當分布式電源需求電力公司提供備用支持容量時，應向電力公司支付必要的補償。補償費＝相關電網設備平均建立本錢×所需備用容量現(xiàn)階段，系統(tǒng)備用費規(guī)范可參照執(zhí)行工業(yè)用電根本電價規(guī)范。計收系統(tǒng)備用費的容量原那么上按該分布式電源與電力公司簽署的用電容量確定。備用補償費規(guī)范可參照根本電價：30.00元/千伏安/月(北京經濟開發(fā)區(qū)電價表)12/28/202366對并網運轉中的分布式電源收取合理的效力費用分布式電源機組能夠出現(xiàn)出力動搖、受阻減出力或事故停機，影響電網的平安運轉，且由于分布式電源的接入，添加了電力系統(tǒng)控制難度和任務量，電力公司可適當收取效力費用。年效力費用=k×分布式電源年發(fā)電量。k為每發(fā)電1kWh所收費用。效力費用的制定根本原那么：合理補償電網本錢，合理確定電網