分布式发电对降低电网风险的价值分析

【摘 要】本文论证了分布式发电可以降低因大停电造成甩负荷的风险。本文采用的方法不仅考虑了分布式发电的类型、还包括其运行计划、接入电网的位置以及其并网合同。该方法采用英格兰北部的包括4种分布式发电类型的电网作为案例，该电网预计至少未来十年将采用成本相对较低的分布式能源，以缓解电网投资压力。

【关键词】分布式发电；电网风险；价值

0 引言

在任何国家，电网安全都是公众关心的问题。在英国，配网设计遵循的P2标准强调了电网运行最低的安全措施以保证最大恢复供电时间上限不超过用户的要求。英国电网的设计一直遵循了上述标准。另一种提高电网可靠性的措施是在电网中引入植入式或分布式能源。

2006年最新发布的P2标准的最新版本P2/6标准，其中首次包含了不同类型的分布式电源的可靠准许接入容量。该标准详细描述了各种分布式能源占总装机容量的最大百分比、独立分布式能源机组的数量、分布式能源并网的时间的间歇性对电网可靠性潜在的影响[1]。但是分布式能源的这些参数值对配网运行人员和用户的意义不仅取决于分布式发电的类型、还受分布式机组所连接的网架情况、电力市场合同、分布式发电机本身整年度的发电变动性等诸多因素的影响。本文提出的模型考虑了上述因素，并通过一处英国实际电网进行验证。 1 研究方法

本模型由五步组成，通过算例依次进行了验证。

1.1 电网风险识别

什么情况下分布式机组可以减少停电的风险？在本文的算例中，单电源供电的变电站有两台132/33千伏变压器，当电网出现单一故障时，电源点的两台132/33千伏变压器不能满足负荷峰值需向两个临近的电源点（2×132/33千伏变压器）转移负荷。风险随着未来几年负荷的增长在加大（负荷高峰时影响最大）。在这种情况下，分布式发电能够降低电网故障时电网负荷的损失。

1.2 发电有效性判别

有的发电机在电网的位置不当，不能有效增加电网的可靠性，有的由于容量不够对电网的意义也不大，检查分析电网接线图加上供应商提供的信息可以对这类机组不予考虑。在算例中，剩下4台分布式发电的容量从7MW到42MW，这些机组需要考虑。

1.3 识别每个分布式能源如何运作

分布式机组的运行目标和运行限制条件都在模型中进行了考虑，同时还考虑了机组运行的历史数据，从而得出机组实际每天的运行数据。对于未投运的分布式机组，运行数据采用估计的方法。在算例中，每个机组运行数据均可获得，运行目标和限制条件可以从这些数据和发电公司公布的数据中获得。如果有必要，可以通过与发电公司签订的方式设定机组的运行。例如在本算例中，一台垃圾燃烧发电机的稳定发电功率为10MW，除非偶尔停机（计划或非计划）。与此相反，一台燃气涡轮发电机组，只需少数的运行人员，根据电价和气价的差异不定期开机发电。

1.4 分析每台机组的并网方式

每台分布式发电机组的并网的精确的网络拓扑可能不同。例如，远方的风力发电机通过架空线接入电网，导致线路无法传输全部的风电场装机容量。因此即使风电满容量发电，也无法降低电网运行风险。

1.5 计算电网可靠性裕度

一旦确定电网可能存在风险，发电机的运行的方法和限制条件得以确认，就能计算每个分布式电源在任何时间对电网可靠性的贡献，不仅包括负荷高峰情况，也包括在低负荷时的计划停电。上述过程在算例中都进行了证明，并将所得结果与标准2/6的主要部分进行了比较。

2 算例分析

四种分布式能源通过3个接入点接入电网，其运行条件依次阐述如下。

2.1 商业联合循环燃气轮机

容量为42MW的单台联合循环燃气轮机由9人小组运行。根据P2/6标准，燃气轮机对电网可靠性的贡献是其容量的63%，计26.4MW[1]。

运行数据指出联合循环燃气轮机的运行受气价与电价差异的影响，例如燃气轮机有时停役，而有时发电量接近40MVA[3]。在联合循环燃气轮机启动的期间（该机组通过33kV母线并入电网），该机组变为负荷，容量约为4MVA。

电网和电厂的合同阐述如下。如果合同要求不间断供电，其4MVA的负荷需求在电网峰值时，其对电网的可靠性贡献为负值。与此同时，机组按照电力市场要求运行，根据P2/6标准其也能对电网贡献26.4MW的可靠性，但是其对可靠性的贡献的可能性并非确定性的。

如果合同约定该42MW在要求的时段提供，例如在峰值3小时内提供，那么其对电网可靠性的贡献为42MW。这使得该电源点能够保证负荷按照年2.5%增长直至2020的要求。这对电网132kV的一条输电线路检修尤其重要。但是特别需要注意的是，如果电网发生N-1故障，同时该机组又在启动，因此机组启动应设置在电网负荷超过某负荷阈值之前进行。

不同电力市场合同的差异指出第二份合同对电网运行人员的重要性。这台联合循环燃气轮发电机组的存在可以缓解未来电网132kV电网输电走廊的投资，如果负荷增长低于2.5%，则缓解的时间更长。加上电网损耗的减少，运行人员会更看重这个联合循环燃气轮发电机组的并网价值。

2.2 市政垃圾焚烧发电

该垃圾焚烧发电厂坐落在市中心。仅一台发电机组，24小时运转，由29人负责运行。发电机容量是10MW，经单台升压变压器升压后通过1条33kV输电线作为另外一个电源接入点。

P2/6标准指出垃圾焚烧发电机对电网可靠性的贡献是容量的58%，约合5.8MW。该机组可以持续稳定运行，在N-1条件下，能够提供峰值为10MW的容量，而不需要特殊的合同。如果该机组不并网，该区域从33kV网络需求的最大负载容量约为2MVA。

2.3 大型企业自备发电厂

该化工厂生产需要电和蒸汽，约从1997年起该化工厂自备发电厂有3台自备发电机，机组总容量为16.1MW，通过2回33kV线路接入电网。根据P2/6标准，这三台热电联合循环发电机对电网可靠性的贡献值为总容量的73%，计11.8MW。理论上，这个值还能再增加5.8MW，因为之前讲述的垃圾焚烧发电机接在同一个电源点。

事实上，该自备发电机不能提供类似垃圾焚烧发电机的作用。因为自备发电厂的机组主要向厂内供电而非通过输电网向区域外供电。具有自备发电厂的企业主要作为电网负荷考虑，其发电主要供自己使用。

实际情况是在N-1条件下垃圾焚烧发电机可以为电网提供10MVA的电力，而化工厂自备发电机则不能。

2.4 远距离风电场

该风电场是较前述3个分布式能源距离电网电源点远的是一个小型风电场。该风电场通过11kV馈线接入变电站，再经33kV双回线路接入电网。该风电场于1993年投运，由两排共13台风力发电机组成，每台发电容量为500kW，总出力为6.5MW。

P2/6标准指出风力发电对电网可靠性的贡献为其容量的28%。因此该风电场对电网可靠性的贡献为1.82MW。这个容量太小以至于对电网可靠性的影响很小。尽管该已使用17年的风电场未来可能升级扩大规模，但会受到场地物理条件的制约。

通过对该风电场运行历史数据的分析，可以看出该风电场出力具有不确定性的特点。因此不考虑该风电场对电网可靠性的影响。

3 结论

P2/6标准及其相关的支持文档，制定了判断分布式能源对电网可靠性的导则，该导则考虑了分布式能源的位置、机组数目及分布式能源自身的特点。本文提出的模型除了考虑上述因素外，还考虑电源点的情况、电力市场合同、机组年运行特性，体现了分布式发电对降低电网风险的价值。

【参考文献】

[1]Engineering Recommendation P2/6 “Security of Supply”[Z] .Energy Network Association Engineering Directorate， July 2006.

[2]Load data obtained from CE Electric UK[OL].

[3]http：//www.sita.co.uk/what-we-do/local-Authority-services/public-private-Partnerships/kirklees accessed March 2010[OL].

[4]http：//www.dalkia.co.uk/docs/doc120.pdf accessed March 2010[OL].

[5]http：//www.eprl.co.uk/assets/windpower/overview.html accessed March 2010[OL].

[6]王瑞庆，李渝曾，张少华. 考虑分布式发电和可中断负荷的配电公司购电组合策略研究[J].电力系统保护与控制，2009，22：17-21，39.

[7]赵杰.光伏发电并网系统的相关技术研究[D].天津大学，2012.

[8]刘壮志.含微电网的智能配电网规划理论及其应用研究[D].华北电力大学，2013.

[9]李德泉.含分布式发电的配电网扩展规划研究[D].山东大学，2012.

[责任编辑：刘帅]

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