分布式能源并網運行研究-中電聯培訓

分布式能源并網運行研究-中電聯培訓引言第一部分：分布式電源并網技術要求和管理條例第二部分：分布式電源并網運行對電力系統的影響第三部分：分布式電源電價政策和交易模式7/19/20232綠色能源可再生能源太陽能、風能、燃料電池垃圾、沼氣、生物質能、地熱能、海洋能小型燃氣等熱電冷聯產能源綜合利用引言7/19/202337/19/20234荷蘭零能源、零排放建筑7/19/20235作為多功能建筑構件使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，首先應當將太陽電池看作是建筑物外墻體上的通用的和和諧一致的建筑材料；安裝在建筑物上的太陽電池應當具有如下功能：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；要求太陽電池組件應當適合建筑設計師的選擇：標準太陽電池組件特殊制作的太陽電池組件柏林火車站候車大廳7/19/20236北京南站天津站7/19/20237分布式能源運行結構示意圖7/19/20238內燃燃氣發(fā)電機組熱電冷聯產系統能源需求較為多樣化的用戶，同時解決了電能、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)化能源結構三重效果。該系統燃氣綜合利用效率可以達到70％以上，運行費用低，熱效率高，經濟效益顯著。7/19/20239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會的計劃提前完成。中國“乘風計劃”，目標宏偉。（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、垃圾、秸稈）、小水電、余熱電廠、熱電聯供（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；2010年占10％；前景遠大；7/19/202310不同燃料類型的能耗2030年世界預計：化石能源70％，水6％，核6％，可再生能源13％，7/19/202311分布式電源定義分布式電源通常是指分散布置在電力負荷附近的、容量在數千瓦至數十兆瓦之間的、為環(huán)境兼容的、節(jié)能的發(fā)電裝置。如燃氣輪機、內燃機、太陽光伏、燃料電池、風力發(fā)電等。7/19/202312國外研究和定義2000年，ElectricPowerSystemsResearch雜志，《Distributedgeneration:adefinition》目的：有功；安裝位置：配電網或用戶側容量：建議不給出具體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)域限制有些地區(qū)的DG白天只給當地配電網供電，晚上負荷低時，向輸電網送電。類型：不限制。可以是太陽能、CHP、風力、燃料電池等等IEEE1547，把DG容量限制在10MW及以下7/19/202313DG并網的定義分布式電源并網運行就是指其在正常的開機狀態(tài)下，與電網存在電氣回路的直接連接，分布式電源和電網的連接點一般稱為公共連接點。國內提“并網”一般指電廠向系統送電。國外對并網多用interconnection，同時突出paralleloperation。即DG和電力網絡同時運行在ieee提出的觀點中，DG應幾乎可以在任意位置和電力系統相連。7/19/202314DG分類按容量分類總容量為數十兆瓦的微型電廠數千瓦至數千千瓦的分布式電源，一般接在用戶內部按使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應，燃料電池清潔的不可再生能源，如天然氣按使用發(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通過逆變器接入按是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7/19/202315分布式電源并網的四大瓶頸電網安全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安全的影響分析DG并網的技術規(guī)則和管理辦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交易模式制定7/19/202316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并網滲透率確定電能質量要求DG機組運行要求7/19/202317DG并網電壓選擇數千瓦至數百千瓦在400伏電網數百千瓦至數20兆瓦以下一般在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線路典型的輸送功率的容量是10MkVA；10.5kV/400V的變壓器一般容量在幾百kW，最大不超過1000kW。7/19/202318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。7/19/202319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3,500kVa3.5MW13kV10,000kVa10MW33kV40,000kVa40MW69kV100,000kVa100MW138kV7/19/202320DG并網滲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過最大負荷的25%。7/19/202321電能質量要求當DG機組并網之后，由于有大系統作為支撐，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差GB12326-2000電能質量電壓波動和閃變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電能質量電力系統頻率允許偏差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須滿足有關國標和電網公司對電源電能質量管理辦法中的規(guī)定。

7/19/202322DG機組運行要求

平穩(wěn)啟動和停機，不易頻繁啟停恒功率因數運行是否向系統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則上不得向電網反送功率?！安⒕W不上網”模式。國外稱為non-export，裝機容量小于最小負荷，或者有逆功率保護。審批相對簡單。DG所發(fā)電能只在用戶內部消耗，以電能計量點為分界獨立運行DG機組的獨立運行方案必須在項目申請時一起提出，并且通過測試獨立運行時，DG機組和所帶負荷必須與電網脫離7/19/202323繼電保護和解列條件并解列開關一般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、欠電壓保護和解列條件超出±7%時，5s解列，低于75%或高于120%，0.5s解列過、欠頻保護和解列條件頻率低于49Hz時，0.5s解列非全相運行保護防孤島效應保護方向功率保護為1％的機組容量，持續(xù)5s

7/19/202324申報審批流程圖7/19/202325第二部分分布式電源并網運行對電力系統的影響研究7/19/202326并網影響的研究內容DG并網對配電系統穩(wěn)態(tài)電壓的影響；DG并網運行對系統的電能質量（電壓波動、諧波、電壓不平衡、直流注入方面）的影響；在非正常情況下，DG并網對電力系統的影響。定性給出系統故障時DG對短路容量的貢獻及對系統保護設置可能的潛在影響，并定性研究了DG對故障時局部系統穩(wěn)定性的影響。7/19/202327對電力系統的積極影響

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,減少輸送電的損耗，降低成本；長期角度能延緩或減少新建大型發(fā)電廠和遠距離輸電線。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，使現有發(fā)電輸電設備的備用減少，利用率提高。7/19/202328DG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；影響繼電保護配置；影響電能質量水平。7/19/202329一、DG并網對配網穩(wěn)態(tài)電壓的影響（1）配電系統的穩(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)點電壓變化曲線表明：接入DG對于系統線路的電壓分布有明顯的改善作用。7/19/202330（2）DG出力變化圖2DG出力變化引起電壓變化的曲線表明：不改變DG接入位置的情況下，電壓的支撐由DG輸出的總出力決定?？偝隽υ蕉?，滲透率越高，電壓支撐就越大，整體電壓水平就越高。

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

7/19/202331（3）DG接入位置變化

1)DG數量仍為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表明：總出力相同的DG，分布在不同的位置組合，得到的電壓分布有著較大的差異。

7/19/202332一般規(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相對網絡負荷的滲透率大小有關，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，保持高功率因素運行；減少線路電壓對分布式發(fā)電的依賴；在DG接入地點，應安裝適當的無功電壓支撐設備，如電容器等，在DG退出運行時投運；7/19/202333二、DG并網對電能質量的影響7/19/202334（1）DG與電壓波動DG引發(fā)電壓波動的原因采用感應發(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，造成電壓的跌落；對于一般的DG機組，由于容量小，慣性小，容易受到外界因素變化的影響，如負荷隨機性、沖擊性波動，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)生波動。太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等形式的DG系統的輸出隨太陽光、風力大小的變化而變化，因此容易造成DG接入點附近的電壓波動。7/19/202335（2）DG與諧波、間諧波DG引發(fā)諧波的原因采用逆變器并網的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帶來圍繞開關頻率附近的諧波分量；一般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7/19/202336DG與諧波、間諧波仿真算例圖當系統頻率出現快速小幅波動時候，DG逆變器輸出電壓的諧波情況7/19/202337（3）DG與直流注入起因：對于采用逆變器接口的DG系統，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原因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：7/19/202338DG與直流注入解決方案并網模式下，通過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7/19/202339（4）DG與電壓不平衡電網電壓不平衡起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DG對電壓不平衡的積極影響7/19/202340三、非正常運行情況下DG對電力系統的影響7/19/202341

（1）增加短路容量及影響保護配置DG對故障電流的影響故障點的短路容量過大，以致圖中出線1的短路電流超過該線路上的配電設備（電纜、短路器等）所能承受的短路能力和斷路能力；10kV饋線一般只配備過流保護，不具備方向性。因此，當DG產生的短路電流太大，會引起圖中保護b誤動作，從而導致線路2斷開，引起線路2上用戶的不必要的斷電。7/19/202342

增加短路容量及影響保護配置逆變器接口的DG并網后不會增加系統的短路容量；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，可能會破壞配網設備和影響保護設置；減少和避免DG并網帶來的消極影響，應從以下幾方面考慮：限制DG的并網容量；增加DG隔離變壓器阻抗；DG出口增設方向功率保護；DG并網之前，要在充分調查發(fā)電設備阻抗的基礎上，計算DG可能帶來的短路電流的增加，以確定DG的并網容量。7/19/202343（2）對系統局部穩(wěn)定性的影響對應不同DG滲透率系統的頻率響應對應不同DG滲透率500kv母線的電壓響應

可見，DG帶相應數量的負荷并網的系統在故障時比不帶DG有著更好的動態(tài)響應。最大電壓和頻率的偏移量變小，振蕩得到稍微的阻尼。7/19/202344（3）低壓保護跳開DG對系統的影響對應不同低壓保護靈敏度跳開DG的系統頻率特性對應不同低壓保護靈敏度跳開DG的電壓特性可見，系統發(fā)生故障時，DG低壓解列保護，會給系統帶來一定的負面影響。7/19/202345（4）并網對接地的影響DG并網引發(fā)原有接地系統的沖突：中低壓配網的小電流接地方式；DG需要將中性點接地以限制線對地電壓；解決辦法——設備選擇和參數設置采取折中為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，避免大容量DG并網帶來故障電流增大而使繼電器、熔斷器等誤動作。7/19/202346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暫態(tài)過電壓變壓器零序阻抗較大時出現暫態(tài)過電壓

7/19/202347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暫態(tài)過電壓變壓器零序阻抗較大時出現暫態(tài)過電壓

7/19/202348并網運行時配電網系統的技術發(fā)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保護，現需發(fā)展多端電源線路的保護采用電源向負荷送電模型潮流計算方法，先需要發(fā)展環(huán)形潮流的新計算方法短路電流改變，需要重新設置保護參數配電網的監(jiān)測控制，終端低壓處通常沒有SCADA系統，需建立用于控制DG的數據信息系統。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使用可能會帶來新的問題7/19/202349小結從DG對故障電流影響的角度出發(fā)，在確保DG滲透率不超過一定限值的前提下，DG并網對系統的影響是可忽略的；在DG的接地問題上，需要在設備選擇和參數設置上有一些折中；仿真表明，選擇合適的參數，同時抑制過電壓和過電流是可以實現的；當DG只是恒電流輸出時，隨DG滲透率的增大，對系統故障時的電壓和頻率動態(tài)響應有積極影響；仿真表明，DG的低壓解列保護越靈敏，則導致系統崩潰的可能性越大，不應將DG的解列保護設置得過于靈敏。7/19/202350第三部分

分布式電源電價政策和交易模式

一、可再生能源二、冷熱電聯產7/19/202351分布式電源交易模式考慮因素：國家戰(zhàn)略方針、能源發(fā)展規(guī)劃、環(huán)保、電網安全利益的再分配7/19/202352

值越高，投資收益越明顯自行開發(fā)熱/電負荷多樣化經營電力公司競爭成本的升高－減少乃至替代人們對于傳統電力公司集中供電服務的需求隱性地分擔并網成本分布式發(fā)電商交易的考慮7/19/202353政府補貼投資貼息稅收優(yōu)惠減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)境污染費申請和審批過程中的費用7/19/202354政府的交易政策可再生能源發(fā)電配額制政策可再生能源綠色證書制度7/19/202355相關電價政策借鑒以可再生能源為基礎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）投標政策分布式電源CCHP能源價格合理

允許電力并網交易

投資補貼

融資7/19/2023567/19/202357一、可再生能源

國外可再生分布式電源激勵政策強制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激勵政策購電法市場開拓策略投標政策英國非礦物燃料契約（NFFO)7/19/202358可再生能源的電價分攤機制 和交易模式設計

全社會分攤自愿認購可再生能源基金設計分攤水平估算與預測綠色電力營銷機制交易模式設計7/19/202359基于自愿認購的交易模式設計

綠色證書交易模式

從事綠色證書交易的主體可以是任何有資格的綠色電力營銷公司或非營利組織。7/19/202360對于采用可再生能源的分布式電源，應規(guī)定能源生產中可再生能源的總量目標。支持建立綠色電力制度，鼓勵和支持各種形式的可再生能源分布式電源并網發(fā)電。市場保障并網發(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。分類電價由政府價格管理部門根據其發(fā)電成本和參照同類發(fā)電項目成本水平測算確定，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)的經營壓力，政府應給予相應的補貼；必要時，可適當調整售電價格。銷售電價可再生能源交易建議7/19/202361我國新政策-全國發(fā)展和改革工作會議頒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激勵作用研究制定節(jié)能節(jié)電政策措施、環(huán)保收費改革、頒布實施可再生能源店家補貼和配額交易方案，出臺節(jié)能環(huán)保項目稅收優(yōu)惠政策。加強目標責任評估考核和監(jiān)督檢查7/19/202362為優(yōu)化能源結構，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發(fā)展分布式電源系統。二、冷熱電聯產——能源綜合利用清華大學節(jié)能樓的熱電冷聯供實驗平臺7/19/202363分布式電源現有交易模式案例7/19/202364熱電（冷）聯產的電價政策及交易

并網發(fā)生的電力系統配套費用的收取

由于并網發(fā)生的電力系統配套費用應納入分布式電源建設中

對分布式電源征收政府性基金

應按本市統一標準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。7/19/202365對并網運行中的分布式電源收取合理的（備用）補償費

當分布式電源需要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設成本×所需備用容量

現階段，系統備用費標準可參照執(zhí)行工業(yè)用電基本電價標準。計收系統備用費的容量原則上按該分布式電源與電力公司簽訂的用電容量確定。備用補償費標準可參照基本電價：30.00元/千伏安/月(北京經濟開發(fā)區(qū)電價表)7/19/202366對并網運行中的分布式電源收取合理的服務費用分布式電源機組可能出現出力波動、受阻減出力或事故停機，影響電網的安全運行，且由于分布式電源的接入，增加了電力系統控制難度和工作量，電力公司可適當收取服務費用。年服務費用=k×分布式電源年發(fā)電量。k為每發(fā)電1kWh所收費用。

服務費用的制定基本原則：合理補償電網成本，合理確定電網收益；對分布式電源服務費用的收取，可以通過分布式電源側和電力公司簽定雙邊合同，用談判方式確定服務的費用，實現“多贏”。

7/19/202367天然氣價格與發(fā)電成本之間的關系7/19/202368在天然氣價格為1.4元/m3時

動態(tài)投資回收期=7-1+549.2/1,645.