农村“煤改电”与分布式电源协调发展的配电网改造方案设计.docxVIP

1 绪论 1.1 研究背景 进入二十一世纪以来，以新能源技术为基础的分布式电源得到大规模发展，其接入容量大幅增高。分布式电源有着经济环保的优点，能改善电力系统的潮流分布，降低网损，提高效益，但因新能源分布式发电本身存在不稳定性，大量的分布式电源并入电网后会明显改变原有配电网的拓扑结构和短路电流，如果没有经过有效规划，可能无法就地消纳，甚至可能倒送功率到高压电网上，给配电网带来扰动，产生不良影响，甚至出现“弃光限电”等问题。同时，随着“煤改电”工程在京津冀等北方地区的实施，农村地区出现了大量的新增负荷，并且使采暖季的负荷曲线峰谷差加大，也给农村原有配电网线路带来较大压力[1]。 分布式电源和“煤改电”都具有着经济、环保的特点，二者的发展对当今社会的发展至关重要。在当前背景下，影响“煤改电”工程中的电采暖设备和分布式电源这两者发展的关键问题都十分类似——前者是负荷可能过大影响供电，后者是发出电量可能无法消纳，影响供电。解决问题的关键在于新增负荷与分布式电源之间的消纳问题，解决了消纳问题，就能使二者互相促进发展，最终推动电力产业的前进。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 国外对分布式电源的研究中，风力发电起步较早。如丹麦是世界上发展风电最早的国家之一，其早在1950年就提出了发展风电，并在发展风电的过程中立法要求风电强制上网，制定相关规划，鼓励使用风电。到2017年，丹麦年风电装机量突破5吉瓦，年风电发电量达到了14.7太瓦时，占全发电比43.6%，创下了历史新高。四面临海的英国一直为海上风电吸引投资，在2015年还发行了基础设施基金来支持其发展。到现在，英国是世界上最大的海上风电市场，海上风电装机容量占全球的36%。美国在风力发电上的发展也是遥遥领先。由于风电的重要性和战略意义，美国政府一直大力推行风电，从宣传、立法到经济财政方面都对风电提供了支持，美国已经在2015年成为了世界上最大的风电生产国，风电总装机新装机容量接近9000兆瓦，占美国新能源总装机容量的41%。 国外对分布式光伏发电的发展大致起始于20世纪末期，虽然相比风电起步较晚，但经过多年研究，也已经步入正轨。美国与欧洲各国于1997年先后提出“百万屋顶”计划——“在2010年前实现在100万个建筑物的屋顶上安装分布式光伏发电系统”，德国则进一步将发展目标设为“在六年内安装总容量在300至500兆瓦的十万个屋顶分布式光伏发电系统”[1]。随着欧美等发达国家大力提倡适合家庭住户安装的分布式光伏电源，分布式光伏发电的安装容量至今有了很大的提升。德国已有50%的家庭安装了光伏发电，光伏发电总装机容量已经达到3660千瓦；澳大利亚有20%的家庭安装了光伏发电系统。日本则对光伏发电的用户提供了高昂的上网电价补贴，居民的上网补贴电价高达42日元/度，相当于人民币2.57元，在过去七年中，日本的光伏产业装机量呈现阶梯式增长，到2017年时，累计装机量达到37.8吉瓦，占全日本发电量5.7%。 在采暖方面，欧美国家于二十世纪三十年代开始推广有环保、能量转换效率高等诸多优点的电采暖，目前，美国等发达国家基本不再使用散煤，而是大量采用天然气、电采暖设备来取暖。电采暖设备的使用率在挪威占90%，日本和韩国占80%，法国和瑞典占70%，美国和加拿大占50%。电采暖设备覆盖普及率相当高，得益于政府对相关研究的大力推进、支持，以及国外环保运动的长期努力[20]。 1.2.2 国内研究现状 对于分布式发电的主要形式之一风力发电，我国国土开阔，风能储量相当可观，我国可供开发的风能约为20亿千瓦，其中陆地风能约有5亿千瓦，近海风能约有15亿千瓦，故国内近几年来大力发展风力发电。而风力发电因风能的周期性和不确定性，发出的功率也存在不确定性，这会给配电网带来频率偏移的电能质量问题，此外风力发电机的投切过程中容易引起电压波动、闪变。 对于另一主要形式光伏发电，在2002—2008 年，我国政府先后大力开展节能减排，促进可再生能源发展的工作，这一时期光伏发电受环境、技术等多方面因素限制，还以集中式光伏电站为主。随着2009年“太阳能屋顶计划”的实施，分布式的光伏发电的开始慢慢发展，再到2013年国家重视污染治理时，分布式光伏发电发展的速度再次加快。光伏发电的装机容量持续上升，至2018年光伏发电总装机容量达到1.3亿瓦，其中分布式的占2966万千瓦，相比2017年分布式光伏发电装机容量1022万千瓦，有着巨大的增幅[1]。除去一般分布式发电可能对电网带来的电能质量问题，光伏电站还可能会引起孤岛效应的问题。孤岛效应指电网失电时，分布式光伏电站仍保持对失电电网中的某一部分线路继续供电的状态。孤岛现象会干扰电网的正常合闸，使得电网不能控制电压和频率，进而损坏配电设备和用户设备[2]。 国内对于分布式电