（电力系统及其自动化专业论文）含分布式电源和可中断负荷的配电网规划研究.pdf

声明尸州 川1 1 1 1 | | | 1 i | i l | f l | i | 1 1 1 i i i l 17 9 6 8 9 7 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文含分布式电源和可中断负荷的配 电网规划研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：唾! ：塑拯 e l 期2 臣也垒三蛊! 笙日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：盛i 互丝导师签名： 日期： 丝巨垒至! 宣乡刁 华北电力人学颂+ l ：学位论文 摘要 分布式发电因具有诸多优点，受到越来越多的关注，成为未来电力系统发展的 重要方向。此外，在电力市场环境下，可中断负荷管理作为一种解决电力供应短缺 的重要手段，和供应侧资源一起纳入电力规划中。此时，传统的规划方法不再适用。 在已有研究成果的基础上，本文提出新系统形势下配网规划的新方法，特别是 深入研究负荷时间变化特性对规划结果的影响，提出利用平均容量成本和年持续负 荷曲线建立可中断负荷、分布式电源及配网扩容容量分配方法。所得结果作为约束 条件，进一步优化分布式电源的选址定容及线路的架设。最后通过算例来验证模型 可行性，并与传统规划结果进行比较。 关键词：分布式电源，可中断负荷，配电网络，扩展规划 a b s t r a c t d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nh o l d sm o r ea n dm o r es h a r e si ne l e c t r i cp o w e rs y s t e m 勰i t h a ss om a n ya d v a n t a g e sa n db e c o m e san e wt r e n di np o w e rs o u r c e b e s i d e s ，u n d e rt h e p o w e rm a r k e te n v i r o n m e n t ，i n t e r r u p t i b l el o a da sa ne f f i c i e n ts o l u t i o nt o g e t h e rw i t ht h e s u p p l ys i d er e s o u r c e si su s e di n t ot h ep l a n n i n g t h o s ee n t i r em a k et h et r a d i t i o n a l p l a n n i n ga p p r o a c hn ol o n g e ra p p l i c a b l e b a s e do nt h ea c h i e v e m e n t s ，t h i sp a p e rp r e s e n t san e wp l a n n i n gm e t h o d ，w h i c h c o n s i d e r st h ei m p a c to ft h et i m e - v a r y i n gc h a r a c t e r i s t i c so fl o a do nt h ep l a n n i n g u s i n g t h ea v e r a g ec a p a c i t yc o s ta n dt h ea n n u a ll o a dd u r a t i o nc u r v e ，t h e c a p a c i t yo f i n t e r r u p t i b l el o a d ，d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o na n dt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ke x p a n s i o na r e g i v e nf i r s t l y a f t e rk n o w i n gt h ec a p a c i t y ，t h ep a p e rr e s e a r c h e st h eo p t i m a li n s t a l l a t i o no f d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o na n dt h el i n e s l a s tv a l i d a t ee x a m p l ei su s e dt ov e r i f yt h em o d e l c o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lp l a n n i n g l ih a i m e i ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f im ax i u f a n k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，i n t e r r u p t i b l el o a d ，d i s t r i b u t i o n s y s t e m ， e x p a n s i o np l a n n i n g 华北电力大学硕十学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 1 1 选题背景及研究意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 含分布式电源的配电网规划的研究现状2 1 2 2 需求侧对配电网规划影响的研究概况3 1 2 3 负荷时间变化特性对规划影响的研究概况3 1 3 论文研究内容4 第二章分布式电源及其对配电网的影响一5 2 1 分布式电源的分类及主要特征5 2 2 国内外发展现状及在我国发展的必要性6 2 2 1 分布式电源国内外发展现状一6 2 2 2 我国发展分布式发电的必要性7 2 3 分布式电源对配电网运行及规划的影响8 2 3 1 分布式电源对配电网运行的影响8 2 3 2 分布式电源对配电网规划的影响1 0 2 4 本章小结1 0 第三章可中断负荷概述1 1 3 1 可中断负荷及国内外实践现状1 l 3 2 可中断负荷合同一1 2 3 3 实施可中断负荷面临的障碍1 3 3 4 本章小结1 4 第四章配电网规划中不同类型供电容量最优组合研究1 5 4 1 前言1 5 4 2 不同类型供电容量成本分析1 5 4 3 绘制年持续负荷曲线所用负荷1 6 4 4 不同类型供电容量最优组合研究1 8 4 4 1 不同类型供电源间容量分配原则。1 8 4 4 2 确定不同类型供电源最优运行范围2 0 4 4 3 确定各类供电源的装机容量及发电量2 l 4 5 本章小结2 2 第五章含分布式电源和可中断负荷的配电网规划2 4 5 1 前言2 4 5 2 可中断负荷消去法2 4 5 3 规划模型2 5 5 3 1 传统规划模型2 5 5 3 2 新型配网规划模型2 7 5 4 本章小结2 9 第六章算例及分析3 0 6 1 算例基本数据3 0 华北电力人学硕十学位论文 6 1 1 传统方法进行规划。 6 1 2 本文方法进行规划 6 1 3 结果对比分析 6 2 本章小结 第七章结论与展望 7 1 结论 7 2 展望 参考文献 致 谢 在学期间发表的学术论文和参加科研情况 2 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及研究意义 第一章绪论 一直以来，传统电力系统规划通过新建或者对已有的发电厂、输电和配电网进 行扩容，安排电力的生产和供应以满足新增负荷需求。随着社会经济的不断发展， 受资源、资金、环境因素的制约，传统的电力工业发展模式出现诸多问题： 1 、大电网的建设用地紧张，投资成本急剧增大； 2 、互联系统的规模越大越复杂，由于自然原因或人为操作而造成的事故的概 率较高，大型互联系统中局部事故容易扩大，进而造成大面积停电； 3 、不能灵活跟踪负荷变化。随着经济发展，负荷结构发生变化，负荷率下降， 负荷峰谷差不断增大，瞬时高峰负荷让系统措手不及，发输配电设备的利用率降低。 近年来，分布式发电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，d g ) 以其独有的投资低、效率 高、灵活跟踪负荷变化以及满足能源可持续发展等优点，受到越来越多的关注。世 界电力工业模式已出现了由传统集中供电模式向集中和分散相结合的供电模式过 渡的趋势，许多发达国家在进行能源结构调整的过程中已经把分布式发电技术放在 相当重要的位置。随着分布式发电生产成本的逐渐降低以及人类对能源和环境的持 续关注，分布式发电在电力系统中所占的比重也会越来越大。 随着需求侧的逐步开放，可中断负荷作为等效的发电容量资源，不仅可以缓解 高峰时期电网的调峰压力，还能提高负荷率及输配电设备的利用率等，确保电网经 济运行。可中断负荷是现代电力系统在电力市场条件下产生的用电管理模式，利用 用户用电的灵活性，来缓解用电高峰时的供电紧张情况，优化了负荷曲线，降低了 系统的峰谷差值，在完成同样用电功能的同时减少电力功率和电量的消耗，实现低 成本电力供应服务，达到节约能源和保护环境的长远目的。 分布式电源及可中断负荷与配电网相互协调、补充，综合利用多种资源满足用 户用电需求。通过资源优化配置，在保持电力供应服务水平的前提下，使配电系统 规划的总成本最低。 随着分布式电源和可中断负荷在配电网中逐步深入，传统的配电网规划面临着 新的机遇与挑战，总结如下： l 、分布式电源大量并网运行，对配电网运行和规划都将产生影响。 分布式电源大量接入配电网，对配电网规划与运行都会产生影响：一方面，不 仅可以推迟或减少对输、配电网升级换代所需的巨额投资，而且由于分布式电源通 常建在负荷附近，还可以很大程度上减少电能损耗，降低输配电成本【1 1 ；另一方面， 分布式电源的接入会使配电网络由简单辐射网络变成具有电源的复杂网络。分布式 华北电力大学硕上学位论文 电源的容量、位置以及运行方式对配电网线路潮流、节点电压、网络损耗等都有较 大影响【2 1 。 2 、可中断负荷管理的实施，对配电网规划产生一系列影响。 可中断负荷管理措施，是配电公司运用市场手段，以价格和利益为导向，满足 用户需求的原则下，引导用户用电方式，在约定的时间有意识的中断负荷，降低电 网最大负荷，达到节约电力、减少装机容量和输配电扩容容量。因此，从另一个角 度来看，可中断可以等效看成在峰荷时投入的备用机组。此时，传统意义上的需求 侧负荷已经成为具有弹性、可以调节的资源，势必影响配电网规划【3 】。 3 、电力负荷时间变化特性会影响配电网规划结果。 随着人民生活水平提高和产业结构的调整，系统中电力负荷结构已经发生了很 大的变化，负荷率趋于下降，负荷峰谷差逐年增大，使各系统调峰问题也日益明显。 配电网为了满足新增负荷需求，传统的配电网规划方法是根据规划水平年预测的最 大负荷，以投资成本最小等为目标，确定规划方案。但由于负荷的季节性高峰特点， 这种基于最大负荷的规划方法往往为了满足峰荷季节的电力供应短时不足，需要大 量投资，不仅增加了投资风险，而且配电网设备的利用率不高。随着负荷峰谷差的 不断增大，电力设备的利用率逐年下降。因此，要研究负荷年变化特性对配电网规 划的影响【4 】，对持续时间或者发生概率很小的高峰负荷，从经济角度考虑，是否可 以选择减少扩容设备的投资，不采取配网扩容的方式满足用户用电需求，而采用可 中断负荷的方式来满足。 综上所述，研究适应新形式下配电网规划的新方法，对于防止配电网建设的过 度投资或者投资不足，保障配电网安全、经济运行，具有非常重要的经济意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 含分布式电源的配电网规划的研究现状 包括两个内容：单独研究分布式电源的定容与选址；分布式电源与电网协调规 划。 1 、分布式电源的定容与选址 文献 5 】假设负荷沿馈线按一定规律分布前提下，利用解析法讨论单条馈线上分 布式电源的最佳安装位置，但实际馈线上负荷的分布往往是随机的。文献【6 】针对分 布式电源最优位置的方法进行研究，从理论上分析了使系统平均功率损耗最小时 d g 安装位置。文中并没有考虑分布式电源容量的优化配置问题。文献 7 】针对不同 类型分布式电源的经济性和环保性上的差异，来衡量分布式电源的并网运行价值并 用此指导规划。但是对于不同类型分布式电源经济性差异的比较，没有细化到固定 2 华北电力人学硕l j 学位论义 成本与运行成本的比较。文献 8 卜 9 】讨论了现有负荷节点数及负荷值都不变情况下 的分布式电源优化规划问题，没有综合考虑网络扩展的情况。 2 、分布式电源与电网协调规划 国内外学者对含有分布式电源的配电网规划进行了研究。文献【l o 】涉及了d g 对配电系统规划的影响，重点讨论了包含d g 的布点规划和配电网扩展规划，但仅 局限与提出解决含d g 的配网规划问题的一种思路。 分布式电源与配电网扩容联合规划求解的方法上，主要有：文献 1 1 - 1 3 】分别 用模拟退火算法、启发式算法和规划软件对含分布式电源的配电网进行优化规划， 对含有分布式电源的配电网规划结果进行经济性评估以衡量个体方案的优劣。 含有分布式电源的配网规划所用的目标函数，主要涉及：文献 1 4 - 1 9 】分别从 投资、可靠性、损耗、节能环保的角度进行分析。文献【1 1 】在目标函数中没有体现 传统发电方式与分布式电源的发电成本差异，且在算法求解中每个分布式电源的规 划方案要通过两个变量来表示，当可接入的分布式电源很多时就会导致求解变量过 多、求解计算速度过慢等问题。 1 2 2 需求侧对配电网规划影响的研究概况 在需求侧管理对配电网络的影响相关研究中，文献 2 0 】一 2 l 】认为通过实施需求 侧管理可以提高能源利用率及系统的可靠性，在分析需求侧管理对系统可靠性的影 响中，文章基于等效持续负荷曲线的概念，建立了需求侧管理的发电模型，用以分 析实施需求侧管理所产生的可靠性效益。但是文章并没有给出在配电网规划中如何 进行需求侧管理的规划模型及方法。文献 2 2 1 【2 4 】讨论了d s m 的多种手段对电力负 荷、供电量等方面影响，提出了利用统一资源规划方法，把用户侧发电资源引入配 网规划模型，但缺乏深入分析，并且没有给出具体的模型和求解方法。 1 2 3 负荷时间变化特性对规划影响的研究概况 在探讨负荷时间变化特性对规划结果影响的研究中，文献 2 5 】利用了时间上的 负荷，但是其依然取全年最大负荷作为规划依据，且以没有新增负荷节点为前提的。 文献 2 6 】采用动态多阶段配网规划模型制定规划方案，着眼于每阶段负荷需求的不 同对规划方案的影响，忽略了负荷年变化特性对规划结果的影响。在传统电源规划 研究中，文献【2 7 】- 3 0 】认为不同发电机组成本特性不同，其在年持续负荷曲线上的 最优运行位置亦不同。这种方法虽然不精确，但是提供了一种规划的思路，并且可 以在无法获得全部数据的条件下，仍然对规划系统进行评估。 上述含有分布式电源的配电网规划中，负荷需求通常是规划水平年平均负荷或 者最大负荷这样一个数值，没有考虑负荷的时间特性对规划结果的影响，从而无法 合理的确定分布式电源供电与配电网供电的结构与比例，配置结果对含有多类型分 华北电力人学硕一f ：学位论文 布式电源配置和含有分布式电源配网规划缺乏指导意义。电力市场环境及新能源形 式下的配电网规划，应该将负荷年变化特性与电源结构及容量配置结合起来，合理 确定各种电源结构及组合容量。 1 3 论文研究内容 针对传统配电网规划方法的不足，本文提出含有分布式电源以及可中断负荷的 配电网规划新方法。该方法不仅有利于发挥分布式电源联网发电优势，而且有利于 配电公司避免投资不足或者过度投资，提高现有设备利用率，节省投资成本。本论 文主要研究内容主要有以下几方面的内容： 1 、本文提出一种利用平均容量成本和年持续负荷曲线确定可中断负荷容量、 分布式电源以及配网扩容容量分配的方法。将可中断负荷容量、分布式电源以及配 网扩容看作三类电源，基于电源规划基本理论，结合平均容量成本和年持续负荷曲 线，获得三种电源的组合容量及在年持续负荷曲线上的最优运行位置，还可以获得 与时间相关的各电源的年发电量。这种处理方法考虑了负荷时间变化特性对规划结 果的影响，进行资源优化配置，使负荷需求分配更趋合理。 2 、在确定了各类电源的供电容量基础上，将其作为约束条件用以确定各类型 电源的安装位置及安装容量，即分布式电源的选址定容及配网线路架设的规划。为 简化计算，本文对可中断负荷的选址及定容进行了简化处理，即在节点负荷占总负 荷需求量比例较大的负荷节点之间按一定比例分配可中断负荷。在此基础上，建立 了针对分布式电源容量及位置、待选线路架设问题的数学模型。 3 、以6 节点配电系统为例，借助l i n 9 0 9 0 软件进行计算。通过算例验证所提出 规划模型的合理性，并对规划的结果进行分析。 4 华北l i i 力人学硕i ：学位论文 第二章分布式电源及其对配电网的影响 2 1 分布式电源的分类及主要特征 至今对分布式电源没有统一的定义，国际大电网委员会( c i g r e ) 指出，分布 式电源是不经规划的或中央调度型的电力生产方式，通常与配电网连接，一般发电 规模在5 m w 1 0 0 m w 3 l 】。通常分布式电源( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，d g ) 是指为了满 足一些特殊用户的需求，支持已有的配电网的经济运行而设计和安装在用户处或其 附近的小型发电机组( 一般小于3 0 m w ) ，或者坐落在用户附近使得负荷的供电可 靠性及电能质量都得到增强，或者由于就地应用热电联产使得效率得到提高的发电 形式【3 2 1 。 在不同的研究领域，d g 有不同的分类方式。一般可以根据d g 的技术类型、 所使用的一次能源及与电力系统的接口技术进行分类【3 3 1 。 l 、按所利用一次能源是否为可再生能源可以将其分为两类：一类是利用可再 生能源的d g ，如太阳能发电、风能、地热等发电形式；另一种是利用不可再生能 源的d g ，如微型燃气轮机、燃料电池、内燃机等。 2 、根据与电力系统的接口技术可分为：直接与系统相连和通过逆变器与系统 相连两大类。若分布式电源是旋转式发电机直接发出工频交流电则为第一类；而逆 变器型分布式电源通常指的是将直流电逆变上网( 风力发电) 和发出高频交流电。 3 、根据分析问题的需要，本文按d g 的出力是否易于调节，将其分为易调节和 不易调节两类。其中不易调节型d g 多为利用可再生资源的发电形式，如风力发电， 其出力具有间歇性和随机性，主要是因为所利用的能源是外力无法控制的风能，致 其出力也具有不易调节。易调节型d g ，主要是利用不可再生能源的发电形式，如 微型燃气轮机、内燃机。分布式电源的分类见下表。 表2 - 1 分布式电源分类【3 3 】 与系统的接小型 中型 技术类型一次能源 输出类型 l o o k w大型 i m w u 1 0 0 i 【w l m w 化石燃料 小型燃汽轮机 a c 直接相联 可再生能源 地热发电可再生能源 a c 直接相联 水力发电可再生能源 a c 直接相联 风力发电可再生能源 d c 逆变器 光伏系统可再生能源 d c 逆变器 、， 5 华北电力人学硕，j ：学位论文 化石燃料 燃料电池d c逆变器 、， 可再生能源 太阳热发电可再生能源 a c 真接相联 、， 蓄电池储能电i ) i 】4 或d g d c 逆变器 电容器储能电网或d g d c 逆变器 飞轮储能电网或d g d c 逆变器 超导储能电网或d gd c逆变器 化石燃料 微透平机组a c逆变器 、， 可再生能源 生物质能 可再生能源 a c 直接相联 、， 发电 废弁物 注：代表存在这种规模 由于目前分布式电源多建在城市，所以大部分分布式电源所利用的能源多为天 然气和柴油，因此本文主要以微型燃气轮机为例，研究可控、易调节的分布式电源 对于配电网规划的影响。 2 2 国内外发展现状及在我国发展的必要性 2 2 1 分布式电源国内外发展现状 1 、美国 美国高度重视发展分布式发电技术，将其看作是能使电力系统发生彻底变革的 技术，利用已有的和新建的分布式发电装置，在电力短缺时作为电网的备用电源。 目前建在美国工业及商业点的分布式发电机组的发电容量超过1 0 0 g w 烈】，其中分 布式发电装置主要还是利用有机燃料，利用可再生能源的分布式发电站数量还很 少。但美国积极实施减免税款和贷款等优惠政策激励可再生能源发展，加大科研投入占 领可再生能源研究和设备制造的制高点，建立广阔的能源市场。 2 、英国 近年来，英国一直利用自身资源与技术优势，努力开发风能、波浪能、潮汐能 等多种可再生能源。截止2 0 0 5 年底，风力发电的装机总容量达到1 3 5 3 万千瓦【1 2 1 。 另外，英国提出一些鼓励热电联产发展的政策，如对其所用燃料免收气候税、免收 热电联产的商业税、提出到2 0 1 0 年热电联产增至1 0 g w 的目标等。 6 华北电力人学硕一l ：学位论文 3 、荷兰 在荷兰，大部分分布式电源都是配电公司与工业用户联合投资建设的。电力市 场的自由化，加强了竞争但却使配电公司减少了为支持地方电网所做的投资【2 。市 场规则给分布式发电带来以下好处：1 ) 小型分布式电源支付入网和系统使用费，而 集中式发电则需支付输电系统使用费；2 ) 一些小型电厂按规定可以将电力直接卖给 有购电义务的地方配电公司；3 ) 调整不平衡电力的收费规则，以促进分布式发电的 发展。 4 、日本 日本联合发电中心数据显示，现在联合发电已超过5 4 8 6 m w ，热电联产系统正 以平均每年3 6 0 m w 以上的速度增长。作为绿色电力的后起之秀，日本依靠政策和 资金的强大支持，在风电、太阳能发电以及海洋能发电领域均取得了瞩目成就【i2 1 。 5 、中国 我国已将风力发电机、燃料电池、燃气轮机、微型燃气轮机等的研制列入国家 “8 6 3 ”计划。近几年来在上海、广州和北京等地，通过引进消化国外技术建成了近十 余座分布式发电系统，主要用于医院、机场、商业中心等场合，如上海浦东国际机 场能源中心、北京燃气集团调度指挥中心热电联产项目等。随着可再生能源法 颁布与实施，我国进入了可再生能源快速发展时期，到2 0 0 6 年底，我国可再生能源年 利用量总计为2 亿吨标准煤，约占一次能源消费总量的8 。 2 2 2 我国发展分布式发电的必要性 l 、发展分布式发电，有利于构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系 能源是人类生存和发展的重要物质基础，对经济、安全、环境均有着重要的影响。 保持能源的可持续供应是保障国家社会和经济稳定、协调和可持续发展的基础条件。近 年来，全球能源消费不断增长，石油价格持续攀升，人们越来越担心世界能源供应的可 持续性。随着人类能源的短缺及能源使用所造成的日益严重的环境问题，能源产业正面 临着亟待解决的四大问题：合理调整能源结构，进一步提高能源利用效率，能源供应安 全可靠，解决环境污染。从解决问题的手段来看，分布式发电大多为清洁能源，是可再 生能源重要的开发利用方式，无疑是解决问题的关键技术。因此，如何促进分布式发电 的迅速发展是能源可持续发展的重要保障。 2 、与电网互为补充，提高供电可靠性 由于分布式发电系统具有独立性，电网一旦发生故障或解列，d g 可继续维持不问 断地供电能力，并向用户供电。其次，在电力供应紧张时，分布式发电可以不受拉、限 电等措施的影响，自行发电满足生活、生产、经济活动的需要；再次，为了保证一些特 殊的场合，如庆典、奥运会等的供电安全，配置相应容量的分布式电源常常是提高供电 可靠性、保障电力安全的重要措施。此外，多数分布式发电系统与电网并网运行，在自 7 华北电力人学硕1 ：学位论文 身出现问题不能正常运行时电网可以提供保障。因此，分布式发电与集中电源、大电网 互为补充，可大大地提高供电可靠性。 3 、电力市场化改革需要发展分布式发电【3 】 近年来，中国在不断地进行着电力市场化改革，目的是为了引入竞争机制，降 低电力生产和供应成本，实现资源的优化配置。分布式发电可以促进这些目的的实 现。首先，随着社会的发展，负荷峰谷差不断增大，为了短暂的峰荷建造发电厂投 资巨大且经济效益低下。其次，大量就近供电减少了输配电投资，且线损小。输配 电线路的减少可以减少出线走廊，减少高压输电线的电磁污染。再次，分布式发电 投资小，安装建设时间短，有利于独立发电商投资。 2 3 分布式电源对配电网运行及规划的影响 与传统的大型电厂相比，分布式发电具有规模小、建设周期短，投资成本低、 风险小等特点。一方面，可以推迟或减少对输、配电网升级改造所需的巨额投资； 另一方面，由于分布式电源通常建在负荷附近，还可以很大程度上减少电能损耗， 降低输配电成本。随着分布式发电技术的不断成熟完善，其在整个系统中也比重越 来越大，并网后对运行和规划都会产生影响。本文会就这些方面进行简要总结介绍。 2 3 1 分布式电源对配电网运行的影响 1 、对电能质量的影响 ( 1 ) 对稳态电压分布的影响【3 4 】【3 5 】 传统配电网一般呈辐射状，在稳态运行状况下，沿馈线潮流方向电压逐渐降低。 接入d g 后，在稳态运行情况下( 视负荷恒定不变) 由于馈线上的传输功率减小以 及d g 输出的无功的支持，使得沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高。电压被抬高 多少与接入的d g 的位置及总容量的大小有关。 ( 2 ) 谐波问题【3 6 】 分布式电源接入系统后可能引发的另一个问题就是谐波问题。谐波的来源有两 种可能，一是分布式电源本身就是一个谐波源，二是分布式电源中采用的一些电力 电子设备。在正常状态下，谐波干扰的程度取决于变流器装置的设计结构及其安装 的滤波装置状况，同时与电网的短路容量有关。 2 、对系统潮流和网损的影响 在负荷附近安装分布式电源后，配电网的潮流分布和网损将发生变化。如图2 1 所示馈线为研究对象，在该路径的某个负荷节点上安装有分布式电源后，不仅改变 电源的总容量，线路上的有功和无功也都将减少。 8 p n c ，q i mp l ，q l 图2 1 含分布式电源的简单辐射线路 此外，根据节点上的负荷有功与分布式电源的有功之间的大小关系，将负荷与 配电网之间功率的流动情况概括为以下3 种【3 7 】： ( 1 ) 所有负荷节点处的负荷量均大于该节点处d g 的输出量； ( 2 ) 至少有一个负荷节点处的负荷量小于该节点处d g 的输出量，但系统的总 负荷量大于所有d g 的输出总量； 一 ( 3 ) 至少有一个负荷节点处的负荷量小于该节点处d g 的输出量，且系统的总 负荷量小于所有d g 的输出总量。 对于情况l ，d g 的引入使配电网中所有线路的损耗减小；对于情况2 ，d g 的 引入可能导致配电网中某些线路的损耗增加，但配电网的总体线路损耗将减小；对 于情况3 ，如果所有d g 的发电总量小于2 倍的负荷总量，那么d g 的影响与情况2 相同，否则将使配电网的线路损耗增加【3 7 】由此可见，分布式电源对系统网损的影 响如何，取决于分布式电源的位置、容量以及网络的拓扑结构等因素。 3 、对系统保护的影响 配电网往往是辐射状、单电源、潮流单方向流动的。当系统引入d g 后，配电网 将成为一个多电源系统，在故障发生时短路电流大小和短路电流方向都将改变，对 系统保护产生很大的影响。具体表现在以下几个方面【3 8 】【3 9 】： ( 1 ) 当分布式电源接入配电线路后，线路保护的灵敏度降低或者保护范围缩小。 若分布式电源并网点位于速断保护死区，在不改变保护系统的情况下，只能由后备 过流保护动作切除故障，这增加了故障对电网的影响：若调整速断保护整定值，则 可能造成速断、过流保护和其他控制装置之间无法协调，导致保护误动作。 ( 2 ) 相邻线路故障时分布式电源可能引起所在线路保护误动作。如果故障发生 在距离母线较近的部分，由于分布式电源的作用，其所在线路的线路保护检测到的 故障电流值将大于其整定值，从而引起误动作，使分布式电源所接线路无故障跳闸。 ( 3 ) 分布式电源对重合闸的影响。当分布式电源接入配电线路后，如果线路因 故障跳闸，所形成的孤岛保持了功率和电压在额定值附近运行，但分布式电源极有 9 华北电力人学硕f ：学位论文 可能在重合闸动作时没有跳离线路，导致非同期重合闸或故障点电弧重燃等潜在的 危险状况。 2 3 2 分布式电源对配电网规划的影响 当大量的d g 出现在规划方案中时，大量的随机变化使得系统的复杂性大大地 增加，主要体现在： 1 、分布式电源的机组类型及所利用能源的多样化，使得如何在配网中确定合 理的电源结构、协调利用各类型电源成为需要迫切解决的问题。另外国家相关能源 政策、能源规划等直接渗透到与分布式电源有关的电力系统规划中，并影响规划的 决策过程【3 】。 2 、d g 的出现会使电力系统的负荷预测与过去相比有更大的不确定性。用户安 装分布式电源有可能实现电能的自给自足，在推迟巨额投资资金用于配电的升级和 扩展速度同时，这也改变了配电网负荷预测的模型，增加其复杂性和不确定性，从 而影响配电网规划【4 1 。 3 、配电网规划是一个动态多目标不确定性非线性整数规划问题，其动态属性与 其维数相关联，通常需同时考虑几千个节点，若规划区内出现许多d g 将使寻找最优 网络布置方案更加困难。 2 4 本章小结 分布式发电发展机遇与挑战并存，机遇大于挑战。分布式发电因拥有诸多优势得到 了国家政策的大力支持，这为分布式发电的发展提供了广阔的商机。但d g 对电网无论 是技术上的影响，还是经济上的影响，均与其在系统中所处的位置和容量密切相关。因 此，电网企业在积极相应的国家能源政策时，也必须前瞻性地研究分布式发电的并网问 题，在保障电网安全运行的前提下，鼓励分布式发电的发展；另外，电网企业有必要采 取经济、宣传等手段，引导分布式发电的合理建设与布局，实现电网与d g 投资商双赢 的局面，促进分布式发电的大力发展。 1 0 华北电力大学硕仁学位论文 第三章可中断负荷概述 3 1 可中断负荷及国内外实践现状 可中断负荷( i n t e r r u p t i b l el o a d ，i l ) 是指当电网高峰时段电力供应不足时，电 力公司按照预先与用户签订的合同暂时中断用户的部分负荷，从而缓解用电高峰时 期供电紧张状况。 对配电公司来说，实施可中断负荷措施，可以带来如下好处： 1 、配电公司产生可避免投资成本 配电公司实施可中断负荷措施积极性较强的重要原因之一就是，通过对用户进 行中断补偿刺激与引导，可以减少用户在系统高峰时的负荷，从而减少系统峰谷差， 提高负荷率，进而可以减少或推迟峰荷配电网扩容容量，并在系统可靠性不变的条 件下，产生设备投资的节约，这个节约费用称为可避免投资成本。 2 、提高系统可靠性 对整个电网来说，可中断负荷是削峰的主要方式，相当于等效增加系统的备用 容量，并且能够平抑系统负荷，大大提高电网的可靠性，这就等于系统向用户提供 了更加优质的电能，使市场中的用户可以以不高于原来的电价享受到更好的服务。 3 、抑制价格尖峰 可中断负荷的实施可大大增加需求侧弹性，提高其对高价格的反应能力，有利 于市场运行，带来长期和短期的经济利益。短期经济效益体现在它降低了电力市场 的价格尖峰，而价格尖峰的减弱，可以在长时间段内降低系统的平均电价、减少价 格波动，从而带来长期的经济效益。 对用户来说，按照合同规定中断或削减负荷，会从电力公司那里获得一定数额 的经济补偿。 可见，实施可中断负荷管理措施，电力公司和用户都可从中受益。以下是一些 国家和地区在可中断负荷管理上的成功经验【3 9 】： 瑞典的可中断负荷实施有多种方案，一种要求用户在平均5 年的协议期间内保 证8 0 0 0 小时的负荷中断，而另一种方案则仅要求5 年内保证1 5 0 0 小时的负荷中断。 美国圣迭亚哥煤气电力公司的可中断电价是将高峰超量供应的电能以 8 2 5 s k w h 计，在交易中公司对于非高峰时段的电能给予可观的折扣。 加拿大安大略水电公司的可中断负荷要求每年至少中断1 5 0 0 小时，而每次中 断时间至少为持续不问断的3 小时。 在我国，可中断负荷管理还处于起步阶段，一般采用简单的用户补偿形式，根 据中断的容量，按照x 元k w h 的原则给予补偿，或对参与的用户全月或全年的电 华北电力人学硕i ：学位论义 费给予v 的折扣。 中国台湾早在1 9 8 7 年就开始试行可中断负荷管理措施，它为用户提供两种类 型的可中断负荷合同：第一种合同面向的是负荷大于5 0 0 0 k w 的工业用户，限定中 断的时段为系统高峰期，每次中断的时间为6 个小时，给参与管理的用户以5 折电 价优惠；另一种则面向所有的工业用户，限定每次中断的时间不少于6 个小时，全 年总体中断时间不少于1 0 0 个小时。 2 0 0 2 年，江苏省率先开展( n - - i 中断负荷方案实行工作，对高能耗钢铁行业采 用可中断负荷避峰措施，并按照1 万元万千瓦时的标准对企业给予经济补偿【4 0 1 。 2 0 0 3 年，我国河北曾提出了实施可中断负荷补偿办法【4 1 1 ，在夏季高峰季节，即 7 月1 日8 月3 1 日期间，根据电网调峰需要，实施可中断负荷管理及补偿办法，鼓 励大用户( 用电容量一般在2 万k w 及以上) 结合企业生产实际，在对企业生产和 效益影响不大的情况下，自愿中断负荷的原则。按要求实施了可中断负荷的企业， 可以获得适当补偿：每1 万k w 累计停1 h 补贴l 万元。可中断负荷实施和管理方 面，将由省电力公司调度通信中心及各市电力调度通信中心至少在可中断负荷前l h 通知可中断负荷企业，并根据电网负荷情况滚动安排企业实施可中断负荷，并尽可 能减少可中断负荷企业的中断次数，把对企业的影响降到最低。在实施可中断负荷 期间，若出现不符合条件的限电和供电情况不能给予补偿。 2 0 0 4 年起，上海市开始探索可中断电价，对避峰企业进行补偿。管理办法规定 凡纳入可中断负荷管理计划内，隔日通知避峰企业，每千瓦补贴o 3 元；当天通知 的，每千瓦补贴0 8 元；对装有负荷控制设备的企业按照每千瓦补贴2 元标准“买断 负荷”，即在用电高峰时可随时中断负荷【4 2 1 。 虽然可中断负荷管理在我国取得了一定的进展，但是相对于发达国家还是很落 后的。由于我国工业用电一直占7 0 以上( 发达国家仅占4 0 左右) ；缺电尤其缺 峰荷电力持续2 0 多年，因此我国研究和实施可中断负荷的任务十分迫切。 3 2 可中断负荷合同 可中断负荷合同应能反映可中断负荷的特性并应明确规定相关费用。参照现行 市场中可中断负荷合同，合同内容应包括：负荷可中断的容量、中断持续时间、可 中断电价或补偿、合同有效期、提前通知时间以及违约惩罚等。 其中负荷可中断的容量表明可中断负荷的特性，不是所有的用户都能签订可中 断负荷合同，只有那些可中断的容量大于指定值的大用户才能签订可中断负荷合 同。中断持续时间和可中断电价共同决定了补偿费用。合同有效期是指按所签合同 内容进行可中断负荷管理的有效时间。 1 2 华北哇土力大学硕 ：学位论文 表3 1 可中断负荷合同类型4 3 1 1 4 4 1 1 4 5 】【4 6 1 提前通最小切除 名称合同形式切除时问h补偿费用 知时间最m w 加州i s o 类型1一般合同3 0 m i nl每次2 - 8 ：每月 3 0 容最费用+ 实际 每次2 8 ；每月 调度的能最费用 加州i s o 类型2一般合同 1 0 m i nl 4按实际中断负荷付费 类型2 电能合同电价5 折优 台湾a 型 一般合同 l d ，7 d 5 每次= 6 惠 l d 所有工每次 6依据提前通知时间而 台湾b 型一般合同 4 h ，l h 业负荷每年 1 0 0 定 合适的可中断合同，一方面要让用户认为执行可中断合同对自身有利，从而按 照要求削减或转移其在系统高峰时的负荷。另一方面，对电力公司而言，要优化合 同模式，能够从合同获得最大化的收益，达到削峰、调峰并降低运行成本，更进一 步的收益则是尽量减少或推迟调峰装机容量的建设4 7 1 。 3 3 实施可中断负荷面临的障碍 在国外，可中断负荷是负荷管理的一项重要措施，在许多国家已广泛应用于冶 金、水泥、造纸、纺织等工业用户，并取得较为显著的调荷效果，电力公司和用户 都可从中获益。 我国2 0 0 3 年至2 0 0 6 年出现的电力紧缺，主要是结构上的紧缺，其特点是高峰 时段供电能力短缺，但低谷时段却出现大量的容量闲置。这种现象增加了发供电成 本，从社会的角度来讲，是一种资源的极大浪费。而可中断负荷可以调整用户的用 电方式，降低峰谷差，提高用电负荷率，可以有效弥补峰谷电价灵活性较差的缺点 【4 8 1 。因为当系统高峰时段电力供应不足时，供电公司可以按照预先与这些用户签订 的合同暂时中断用户的部分负荷，自主权掌握在供电公司手中，可以有效控制峰谷 差，改善负荷曲线形状，延缓发电机组建设及电网建设，提高电力系统整体的经济 效益。 我国正处于电力市场过渡期阶段，既有实行可中断负荷的迫切需要，同时也存 在一些障碍。针对我国实际情况，可中断负荷的实施还存在如下障碍： 1 、观念障碍。用户对可中断负荷的内涵和作用的认识、认知和认同程度存在 1 3 华北电力大学硕一i ：学位论文 差距，主要表现为而对可中断负荷管理的措施、办法不够理解、不够重视，用电方 不是物理意义上的负荷而是作为消费者的用户，中止这样的服务不是单纯的拉闸限 电而需要给予用户一定的补偿【4 9 1 。 2 、机制障碍。电力企业内部缺乏健全的可中断负荷管理的常态机构、工作制 度。现行的电力企业考核制度要考虑企业的售电量、税收等，往往只重视企业本身 的基本建设、生产管理、经营管理、成本控制，而在一定程度上忽略了可中断负荷 管理，只是当电力供应紧张时才采取临时性的应对措施。 3 、技术设备障碍。实行可中断负荷需要投入大量的通信和计量设备，这些设 备投入需要大量资金，不可能一步到位。在发达国家的电力市场这些设备尚未能充 分配置，在我国更需要逐步实现【5 0 1 。 3 4 本章小结 可中断负荷管理作为负荷管理的一项重要措施，在许多国家已经广泛应用于冶 金、纺织、水泥、造纸等行业，并取得较为显著的调荷效果，电力企业和用户都从 中获益。本文总结几个典型国家实施可中断负荷的成功经验，并介绍了在我国部分 省市实施可中断负荷管理的情况。本章分析了可中断负荷的优点以及在我国发展可 中断负荷的必要性。同时还指出其进一步发展所遇到的障碍与困难，为了充分发挥 可中断负荷的效益，加强对可中断负荷的研究，以便使我国能够顺利实施可中断负 荷管理措施。 1 4 华北电力人学硕i j 学位论文 第四章配电网规划中不同类型供电容量