（电力系统及其自动化专业论文）分布式发电对配电网继电保护的影响及对策研究.pdf

原创性声明 fir i llf r lfl li ll lf 7 9 0 8 6 4 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 迈2i 荛 日 期：硷21 生丘 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授权山东大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：近2i 主导师签名： 山东大学硕士学位论文 目录 i i 要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 课题的背景和意义1 1 2 课题的研究现状2 1 3 论文的主要工作4 第二章分布式发电介绍5 2 1 分布式发电的概念5 2 2 分布式发电技术简介5 2 2 1 热电联产与热电冷三联产5 2 2 2 小水电6 2 2 3 燃料电池6 2 2 4 风力发电。6 2 2 5 太阳能发电7 2 2 6 生物质能发电8 2 2 7 地热发电。8 2 2 8 潮汐发电。9 2 2 9 波浪发电。9 2 3 分布式发电的分类9 2 4 分布式发电的运行方式。1 0 2 5 分布式发电的建模。l o 第三章分布式发电对配电网保护的影响及对策1 3 3 1 三段式电流保护1 4 3 1 1 概j 岙。1 4 3 1 2 仿真算例1 4 3 1 3 结论。2 l 3 1 4 对策2 2 3 2 反时限过流保护2 3 3 2 1 概述2 3 3 2 2 仿真算例2 3 3 2 3 结论及对策2 6 3 3 足巨离保护2 6 3 3 1 概述2 7 3 3 2 仿真算例2 7 3 3 3 结论及对策3 0 3 3 4 距离保护在配电网中的应用3l 3 4 自动重合闸3l 3 4 1 概i a ! 3l 3 4 2 分析及对策3 2 山东大学硕士学位论文 第四章有通道快速电流保护3 5 4 1 有通道快速电流保护设计思想3 5 4 2 有通道快速电流保护方案设计3 6 4 2 1 硬件要求3 6 4 2 2 软件流程3 7 4 2 3 整定原则及动作时间3 9 4 3 应用实例一3 9 4 4 应用实例二。4 0 4 5 小结4 l 第五章反孤岛保护4 3 5 1 分布式发电孤岛问题4 3 5 2 孤岛检测方法。4 4 5 3 新型反孤岛保护装置开发4 7 5 3 1 原理及判据4 8 5 3 2 硬件说明4 8 5 3 3 软件设计5 0 5 3 4 动模测试5 3 5 3 5 小结5 9 第六章总结与展望6 l - 6 1 总结6 1 6 2 展望6 l 参考文献6 3 致谢6 7 攻读学位期间发表的学术论文6 9 攻读学位期间参加的科研工作7 1 山东大学硕士学位论文 c o n t en t s a b s t r a c t ( c h ) 1 a b s t r a c t ( e n ) i l i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1 b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2d o m e s t i ca n df o r e i g ns t u d i e s ：2 1 3m a i nw o r ko ft h ed i s s e r t a t i o n 4 c h a p t e r2i n t r o d u c t i o no fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n 5 2 1t h ec o n c e p to fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n 5 2 2i n t r o d u c t i o no fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt e c h n o l o g i e s 5 2 2 1c h pa n dc c hp 5 2 2 2s m a l lh y d r o p o w e r 6 2 2 3f u e ic e l l s 6 ：! 2 4w i n dp o w e r e ； 2 2 5s o l a rp o w e r 7 2 2 6b i o m a s sp o w e r 8 2 2 7g e o t h e r m a ip o w e r 8 2 2 8t i d a ip o w e r 9 2 2 9w a v ep o w e r 9 2 3c l a s s i f i c a t i o no fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n 9 2 4o p e r a t i o nm o d eo fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n 1 0 2 5m o d e lb u i l d i n go fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n 1 0 c h a p t e r3i m p a c t so fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no nd i s t r i b u t i o n n e t w o r k p r o t e c t i o na n dc o u n t e r m e a s u r e s 1 ：i 3 1t h r e e z o n ec u r r e n tp r o t e c t i o n 1 4 3 1 1o u t l i n e 1 4 3 1 2s i m u l a t i o ne x a m p l e 1 4 3 1 3c o n c l u s i o n 2 1 3 1 4c o u n t e r m e a s u r e 2 2 3 2i n v e r s et i m eo v e r c u r r e n tp r o t e c t i o n 2 3 3 2 1o u t l i n e 2 3 3 2 2s i m u l a t i o ne x a m p l e 2 3 i i i 山东大学硕士学位论文 3 2 3c o n c l u s i o na n dc o u n t e r m e a s u r e 2 6 3 3d i s t a n c ep r o t e c t i o n 2 6 3 3 1o u t l i n e 2 7 3 3 2s i m u l a t i o ne x a m p l e 2 7 3 3 3c o n c l u s i o na n dc o u n t e r m e a s u r e 3 0 3 3 4a p p l i c a t i o no fd i s t a n c ep r o t e c t i o ni nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 3 1 3 4a u t o r e c l o s u r e 3 1 3 4 1o u t l i n e 3 1 3 4 2a n a l y s i sa n dc o u n t e r m e a s u r e 3 2 c h a p t e r4f a s tc u r r e n tp r o t e c t i o nw i t hc h a n n e l 3 5 4 1 d e s i g ni d e a 3 5 4 2s c h e m ed e s i g n 3 6 4 2 1h a r d w a r er e q u i r e m e n t s 3 6 4 2 2s o f t w a r ep r o c e s s 3 7 4 2 3s e t t i n gp r i n c i p l ea n da c t i o nt i m e 3 9 4 3a p p l i c a t i o ne x a m p l e1 3 9 4 4a p p l i c a t i o ne x a m p l e2 4 0 4 5s u m m a r y 4 1 c h a p t e r5a n t i - i s l a n d i n gp r o t e c t i o n 4 3 5 1d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ni s l a n d i n gp r o b l e m 4 3 5 2i s l a n d i n gd e t e c t i o nm e t h o d 4 4 5 3d e v e l o p m e n to fn e wa n t i - i s l a n d i n gp r o t e c t i o nd e v i c e 4 7 5 3 1 p r i n c i p l ea n dc r i t e r i a 4 8 5 3 2h a r d w a r ed e s c r i p t i o n 4 8 5 3 3s o f t w a r ed e s i g n 5 0 5 3 4d y n a m i cs i m u l a t i o nt e s t 5 3 5 3 5s u m m a r y 5 9 c h a p t e r6c o n c l u s i o n sa n de x p e c 协t i o n s 6 1 6 1c o n c l u s i o n s 6 1 6 2e x p e c t a t i o n s 6 1 r e f e r e n c e s 6 ：i a c k n o w l e d g e m e n t 6 7 p a p e r sp u b l i s h e do ra c c e p t e d 6 9 r e s e a r c hw o r k 7 1 摘要 由于常规能源的紧张和日益严峻的环境问题，可再生能源的开发和利用受到 前所未有的重视，与之相适应的分布式发电技术因此得到快速发展。分布式发电 技术的应用给电力系统带来了重大变革，也给电力系统的控制和运行带来了影响。 其中，分布式发电对配电网继电保护的影响就是很重要的一个方面。传统的配电 网保护必须做出调整和改进以满足分布式电源的接入要求。深入研究分布式发电 对配电网继电保护的影响，提出相应的对策，有着十分重要的现实意义和应用价 值。 本文对分布式发电技术进行了介绍，包括其概念、背景、分类、运行方式和 建模等。分析了分布式发电对现有配电网继电保护的影响，重点探讨了分布式发 电对三段式电流保护、反时限过流保护、距离保护和自动重合闸的影响并提出了 相应的对策。 根据配电网的特点，提出了一种适用于含分布式电源配电网的有通道快速电 流保护方案。该方案对传统三段式电流保护进行了改进，使保护动作快速，配置 灵活，而且接入分布式电源后不必频繁修改保护定值。 讨论了分布式电源接入配电网后可能出现的分布式电源孤岛运行的问题。总 结了同步发电机孤岛检测的方法，并基于一种反孤岛保护新判据开发了一种新型 反孤岛保护装置，通过试验证明其比现有的反孤岛保护装置具有更高的可靠性和 灵敏性。 最后，对研究内容进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。 关键词：分布式发电；可再生能源：配电系统；继电保护 山东大学硕士学位论文 n a b s t r a c t a st e n s i o no fc o n v e n t i o n a le n e r g ys o u r c e sa n di n c r e a s i n g l ys e r i o u se n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s ，m o r ea n dm o r ea t t e n t i o n sa r eg i v e nt ot h ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no f r e n e w a b l ee n e r g y a sar e s u l td i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt e c h n o l o g i e sa r ed e v e l o p e dr a p i d l y t h ea p p l i c a t i o no fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt e c h n o l o g yh a sb r o u g h ts i g n i f i c a n tc h a n g e st o p o w e rs y s t e m a tt h es a m et i m ei ti m p a c t st h ec o n t r o la n do p e r a t i o no fp o w e r s y s t e m t h ei m p a c to fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no nd i s t r i b u t i o n n e t w o r kp r o t e c t i o ni sav e r y i m p o r t a n tp r o b l c m t h et r a d i t i o n a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r kp r o t e c t i o nm u s t b ea d j u s t e da n d i m p r o v e dt om e e tt h ea c c e s sr e q u i r e m e n t so f d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n t h e r e f o r e ，i n - d e p t h s t u d y o fi m p a c to fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no nd i s t r i b u t i o n n e t w o r kp r o t e c t i o na n d p r o p o s i n gc o u n t e r m e a s u r e sh a v eg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n d v a l u e d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o nt e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n g i t s c o n c e p t ，b a c k g r o u n d ， c l a s s i f i c a t i o n o p e r a t i o nm o d ea n dm o d e lb u i l d i n ga r ei n t r o d u c e db y t h i sp a p e r t h e nt h e i m p a c t so fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no nt h ee x i s t i n gd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp r o t e c t i o n s a r e a n a l y z e d f o c u si sm a d eo nt h ei m p a c t so fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no nt h et h r e e z o n e c u r r e n t p r o t e c t i o n , i n v e r s e t i m eo v e r c u r r e n tp r o t e c t i o n ，d i s t a n c ep r o t e c t i o n a n d a u t o r e c l o s u r ea n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o u n t e r m e a s u r e s a r ep r o p o s e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，af a s tc u r r e n tp r o t e c t i o n w i mc h a m 心1w h i c hi ss u i t a b l ef o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t hd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ni s p r o p o s c d t h ep r o t e c t i o ni sb a s e do nt h ei m p r o v e m e n t o ft r a d i t i o n a lt h r e e - z o n ec u r r e n t p r o t e c t i o n ，s ot h a ti th a sq u i c ka c t i o na n df l e x i b l ec o n f i g u r a t i o n m o r e o v e r , i td o e sn o t h a v et om o d i f yt h ep r o t e c t i o nv a l u e sf r e q u e n t l ya f t e rd i s t r i b u t e dr e s o u r c e sc o n n e c t e dt o t h es y s t e m t h ei s l a n d i n gp r o b l e mo fd i s t r i b u t e dr e s o u r c ei sd i s c u s s e d t h ei s l a n d i n gd e t e c t i o n m e t h o d so fs y n c h r o n o u sg e n e r a t o ra r es u m m a r i z e d a n db a s e do nan e wa n t i - i s l a n d i n g m e t h o d ，p a p e rh a sd e v e l o p e da n e w t y p eo fa n t i - i s l a n d i n gp r o t e c t i o nd e v i c e i ti sp r o v e d b yd y n a m i cs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t t h a tt h en e wd e v i c eh a sh i g h e rr e l i a b i l i t ya n d s e n s i t i v i t yt h a nt h ee x i s t i n ga n t i - i s l a n d i n gp r o t e c t i o nd e v i c e f i n a l l y t h er e s e a r c hc o n t e n t s 锄es u m m a r i z e d ，a n df u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o n sa r e i l l 山东大学硕士学位论文 a l s op r o s p e c t e d 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 ；r e n e w a b l ee n e r g y ；d i s t r i b u t i o ns y s t e m ；p r o t e c t i o n 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 现代社会中，由于化石燃料的日益枯竭和全球变暖等环境问题，可再生能源 成为大力投资和开发的对象。利用可再生能源发电的分布式发电( d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n ，简称d g ) 技术得到快速发展。大电网与分布式发电相结合被世界许 多能源、电力专家公认为是能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵 活性的主要方式，是2 l 世纪电力工业的发展方向。在国际上，分布式发电技术被 称为是一场改变电力工业面貌的革命。 国际能源机构( i e a ) 发布的( 2 0 0 8 年能源技术展望( 以下简称展望) 提出 未来能源结构中，可再生能源将是需要大力投资和开发的对象。展望确认， 海上和海岸风能、生物质能和太阳能是人们发展的重点，其中风能、太阳能将是 最主要的可再生能源。国际能源机构期望2 0 1 0 年至2 0 5 0 年间，全球每年增加1 7 5 0 0 台风力发电机。此外，同期每年安装2 1 5 亿平方米的太阳能板，以及兴建1 3 0 座 地热发电机组。其中的相当一部分将会以分布式发电的形式接入电网。 从可持续发展和降低环境污染观点看，分布式发电技术是我国的必然选择。 由于自身资源有限，按照目前的能源利用方式，依靠化石能源不可能支撑1 3 亿 人的“全面小康”，使用国际能源又存在能源安全的严重制约。我国c 0 2 排放量在 全球排名第二，因此我国必须立足于现有能源资源，全力提高资源利用效率，扩 大资源综合利用范围，大力开发可再生能源发电。近年来，我国的可再生能源利 用步入快速发展期。我国政府在颁布了可再生能源法之后，新近出台了可再 生能源发展战略，具体定位是：2 0 1 0 年前后，可再生能源争取占到能源消费的1 0 左右，战略定位是补充能源；2 0 2 0 年前后，可再生能源占到能源消费的1 5 左右， 战略定位是替代能源；2 0 3 0 年前后，可再生能源占到能源消费的2 5 左右，战略 定位是主流能源；2 0 5 0 年前后，可再生能源占到能源消费的4 0 左右，战略定位 是主导能源。上述可再生能源发展战略表明，在今后几十年时间内，我国政府将 从财力、人力、物力及法律等方面强力支持可再生能源的开发和利用。由于分布 式发电是利用可再生能源发电的最佳形式，由此可以预见，不同种类的分布式发 山东大学硕士学位论文 电技术如风电、光伏发电、燃料电池、生物质能发电等将在全国范围内获得巨大 发展，电力系统中将会有数量庞大的分布式电源并网运行。 为方便并网，分布式电源往往选择就地接入配电网。我国的中低压配电网主 要是中性点不接地( 或经消弧线圈接地) 、单侧电源、辐射型供电网络，一般配置 简单的保护，虽然经济，但却无法满足大量分布式电源并网对保护的要求，出现 了许多新的问题。于是，课题组和潍坊供电公司合作立项，提出本课题，对相关 问题进行了研究。论文对分布式发电对配电网继电保护的影响进行了分析，并提 出相应的对策，同时提出了新的继电保护方案，为大量分布式电源的并网运行提 供理论参考和技术支持，具有广阔的应用前景和经济价值，对于促进分布式发电 在我国的发展有着十分重要的现实意义。 1 2 课题的研究现状 近年来，对分布式发电技术的研究越来越受到世界各国的重视。在欧美许多 发达国家，分布式发电的研究已进入实用化阶段，研制出多种高效节能的分布式 发电装置，包括风力发电机组、水力发电机组、光伏电池阵列、小型热电联产设 备等。当前，对于分布式发电的实用化研究一方面是要进一步设计更加高效率、 低成本、利用可再生能源发电的分布式电源；另一方面就是要研究这些分布式电 源接入配电网以后对电力系统产生的各种影响，通过设计有效的保护策略，使其 与接入的电网相兼容。 在分布式电源研究和开发领域，美国、德国、英国、日本等国家在技术上处 于领先地位，它们的许多发电设备生产公司与电力公司联手，进行了分布式电源 技术的商业化试验，使它们在商业化推广方面保持领先。像美国的e p r i 和d o e 等官方机构成立了研究分布式电源的部门，通过并网后对电力系统的影响进行分 析，为分布式电源的研究和应用提供了指导。国际电气工程学会己经制定了分布 式电源接入配电系统的相关准则，即i e e e1 5 4 7 标准。英国采用的是电力联合会颁 布的g 5 9 1 标准，对容量大于5 m w 、接入电压等级高于2 0 k v 的分布式电源则采 用g 7 5 标准。日本等其他国家也制定了自己的接入标准。 含有分布式电源的配电网保护研究在国外属于起步阶段，仍有许多问题亟待 解决，有关解决保护问题的文献也较少。国外文献中分布式电源接入的配电网多 为2 4 k v 中性点接地电网，而我国的配电网为中性点非有效接地系统，直接照搬国 外技术并不适用。 2 山东大学硕士学位论文 我国对分布式电源的应用尚处在起步阶段，已经开始在北京、上海等地兴建 基于冷、热、电联产的分布式电源，在西部和沿海兴建基于可再生能源( 太阳能、 风能等) 的分布式电源。这些电站大多还是属于示范性的，规模较小，并且接入 的是高压输电网，许多问题还有待于在进一步的工作中探索。在含有分布式电源 的配电网的保护研究方面，国内的成果较少。 国内外分布式发电方面已有的主要研究成果概述如下： 文献 1 卜 5 0 】介绍了分布式发电技术的发展现状和前景，概述和研究了一些新 技术在分布式发电中的应用；分析了分布式电源并网后对现有配电网的影响，提 到或具体研究了分布式电源对某种配网保护的影响； 文献 5 l 】对分布式发电进行了综合说明，介绍了应该采用的具体的保护配置： 文献【5 2 】提出了一种基于发达通信系统的自适应保护方案，解决了大量分布式 电源并网问题； 文献【5 3 】提出采用距离保护来解决方向性和灵敏度问题； 文献 5 4 】研究了分布式发电机组并网1 0 k v 开关站的保护新逻辑： 文献 5 5 】提出一种新的保护方案，对传统的配电线路保护配置进行了改进。该 保护方案根据d g 接入点的位置，对被保护馈线进行了分区，在d g 的上游区域 配置了方向纵联保护，而整条馈线则保留了过电流保护。为了能方便整定工作以 及更快地切除故障，根据d g 接入位置的不同，馈线的过电流保护分别采用定时 限或反时限形式。采用该保护方案后，无论d g 的输出功率如何变化，故障都能 被可靠切除； 文献 5 6 】提出了2 种含d g 配电网的馈线保护新方案：一种方案是在现有方向 电流保护的基础上，将d g 上游每条馈线保护的段与其下一级馈线保护的段构成 一个通信单元，依据新的整定原则及两级保护动作结果的综合判断将故障快速地 隔离在最小范围内；另一种方案是利用广域网将每条线路末端方向元件检测到的 功率方向信息和d g 上游第l 条出线上装设的电流保护的区段判别结果结合起来， 精确地区分故障区段，保证上游保护的选择性和快速性； 文献【5 7 】提出了一种以纵联比较保护原理为基础! 以通信为支撑，以包含d g 的 配电变电站及其馈线为保护对象的主从式区域纵联保护方案； 文献【5 8 】在已有自适应电流速断保护的基础上，对含i i d g 配电系统的自适应 电流速断保护进行了研究。对于保护背侧接有i i d g 的情况，提出了新的整定方法。 3 山东大学硕士学位论文 该整定方法仍然能够根据系统当前运行方式和i i d g 的出力情况自适应地调整定 值，而且不用借助通信手段，与传统的电流速断保护相比，含i i d g 配电系统的保 护性能得到了很大改善： 文献【5 9 】提出了一种新的分布式发电并网控制方法。由于在d g 系统并网点 上游和下游线路故障时，d g 系统对电网保护的影响是不同的，因此提出在带有 d g 系统的配电线路上装设阻波器构成线路边界的思想，采用行波边界保护模式， 对d g 系统并网点上游和下游故障进行选择性保护，进而保证配电线路故障后 d g 系统能够快速准确地解列，确保系统的安全运行，并最大限度地提高d g 的 利用效率； 文献 6 0 】提出了相位的变化，提出一种方向过流保护方案，该方案首先利用故 障前一周期和故障后一周期的电流正序分量相角差判定故障方向，然后通过比较 三相电流绝对值间隔0 0 1 s 差分后的最大值和最小值之差来判断故障相别。推导 了故障方向判据； 文献 6 1 1 提出一种基于多智能体( a g e n t ) 的新型分布式电流保护策略。该策略以 简单的工频电流比较为基础，运用智能体的分布式处理优势，实现对故障的在线 搜索和定位。阐述了利用工频电流变化量幅值和相位比较法进行故障区域搜索、 故障线路判定的原理。该保护策略对分布式发电条件下配电网网络结构和运行方 式的随机变化具有良好的适应性。 1 3 论文的主要工作 针对分布式电源并入配电网后对现有保护的影响，本论文所做的工作旨在分 析带来了哪些问题，并提出解决方案，为分布式电源的并网运行提供技术支持。 具体包括以下几部分内容： 1 、介绍了分布式发电的概念、分类及并网方式，建立了分布式电源仿真模型； 2 、分析了分布式发电对现有的配电网电流保护、距离保护、自动重合闸的影 响，总结了出现的问题，并提出了相应的对策； 3 、根据配电网的特点和现有的电流保护技术，提出了一种适用于含d g 配电 网的继电保护新方法，即有通道快速电流保护，并对保护装置的软硬件设计和具 体应用进行了详细说明： 4 、讨论了分布式发电的孤岛问题，并基于课题组提出的同步发电机反孤岛保 护新判据，开发了一种新型的反孤岛保护装置。 4 山东大学硕士学位论文 第二章分布式发电介绍 现代社会中，电力生产所需的能源主要来自原油、煤炭和天然气。例如，目 前，燃煤火力发电是中国和美国的主要电力来源，分别约占两国总发电量的7 5 和5 0 。然而，化石燃料存在着两大问题，一是其存储量有限，无法满足人们长 久的能源需求；二是其在使用后产生大量污染物质，特别是导致全球变暖的二氧 化碳气体。随着化石能源价格的飞涨，许多国家开始认真思考未来本国能源安全 的问题。其次，为应对全球变暖等环境问题，世界主要工业国达成节能减排的共 识，开始调整能源结构。在此背景下，可再生能源成为大力投资和开发的对象。 海上和海岸风能及太阳能是人们发展的重点。这些能源能量密度低、地域分散， 必须采用各种小容量、分散布置的发电技术进行开发利用，人们称之为分布式发 电( d i s t r i b u t eg e n e r a t i o n ) ，简称d g 。本章对分布式发电进行简单的介绍。 2 1 分布式发电的概念 分布式发电( d g ) f l j 美国1 9 7 8 年在公共事业管理政策法中公布并正式推广，其 定义为：为满足特定用户需要或支持现有配电网的经济运行，以分散方式布置在 用户附近，发电功率为几千瓦到五十兆瓦的小型模块式且与环境兼容的独立电源。 它区别于集中发电、远距离传输、大互联网络的传统发电形式，是与传统供电模 式完全不同的新型供电系统。 2 2 分布式发电技术简介 2 2 1 热电联产与热电冷三联产 热电联产( c h p c o m b i n e dh e a ta n dp o w e r ) 是指电能与热能的联合生产。生 产电能的动力装置的排热与余热用于工业生产供热与冬季采暖，使不同品位的能 量得到梯级利用。热电联产因能源利用效率高，而获得了广泛的应用。以燃煤热 电联产为例，其能源利用效率能够达到7 0 以上，而即便当今世界上最高效率的 燃煤发电厂，其效率也只有5 0 。为进一步提高能源利用效率，在热电联产的基 础上，发展起来了热电冷三联产技术( c c h p ) 。根据容量的大小，热电联产机组 可分为两类，一类是用于区域公共供热的或企业自备的热电联产发电厂，简称热 山东大学硕士学位论文 电厂；另一类则是用于建筑设施、医院、商场的小型热电联产机组，简称小型热 电机组。目前应用的小型热电机组主要有内燃机与微型燃气轮机两种。 2 2 2 小水电 小水电( s m a l lh y d r o p o w e r ) 指的是容量5 0 m w 以下的小型水电站。小水电是一 种重要的分布式发电形式，大部分与配电网并联运行，发出的电力主要是满足当 地需求，也有的是独立运行。小水电具有对环境负面影响小、投资少、见效快的 优点，适合解决广大农村、偏远山区的用电问题，不足之处是多数无调节性能好 的水库，发电能力具有明显的季节性。我国目前的小水电总装机容量约为3 0 0 0 万 千瓦，居世界第一位，预计到2 0 2 0 年将达到8 0 0 0 万千瓦左右。 2 2 3 燃料电池 燃料电池( f u e lc e l l ) 是一种在恒定温度下，直接将存储在燃料和氧化剂中 的化学能高效、环境友好地转化为电能的装置。它通过电化学的过程将燃料的化 学能转化为电能。燃料电池可按电解质的性质分为许多类：聚合电解质膜电池 ( p e m ) 、碱性燃料电池( a f c ) 、磷酸型燃料电池( p a f c ) 、固体电解质燃料电池( s o f c ) 和熔融碳酸盐燃料电池( m c f c ) 。其中磷酸型燃料电池最接近商业化，新一代的