分布式发电与配电网的协调发展与技术展望

湖南工业大学电气与信息工程学院的研究人员汪宝、匡洪海、郑丽平、丁晓薇，在2017年第3期《电气技术》杂志上撰文指出，分布式发电(DistributedGeneration,DG)是实现大规模分布式可再生能源充分利用的最好方式之一，配电网在DG实现并网送电中的作用尤为关键。

文中在分析了分布式发电和配电网的概况与发展的基础上，指出了传统配电网在DG接入利用方面的局限性，说明了在DG得到利用的同时传统配电网发展为主动配电网（ActiveDistributionNetwork,ADN）的必要性。最后，从用户、信息、控制三个视角展望了DG与配电网协调发展需要进一步研究应用的核心技术。

随着环境形势的日趋严峻与化石能源的逐渐消耗，人类从传统的以化石能源为主的能源系统逐步过渡到以可再生清洁能源为主的可持续能源系统势在必行。电能作为广泛应用的二次能源，其在人类社会发展中已经并将继续扮演着至关重要的角色。21世纪之前，电能的一次能源以煤炭等化石能源为主，如今，随着人们对各类分布式清洁可再生能源重视度的逐步提高，电能的来源也在随着能源结构的巨变而发生着改变，各种新能源相继被开发利用。

目前，已经被研究和开发利用的分布式可再生清洁能源主要有太阳能、核能、风能、地热能等，这些清洁可再生的新能源正在逐步取代化石能源成为电能来源的重要部分[1]。

能源是人类未来生存和发展的重要基石。从能源的可持续发展的角度来看，充分利用各类DG并网送电是解决能源危机的一种有效途径。但是，在DG的实际应用中，由于DG的并网送电给电网的正常运行带来的电压、频率及继电保护方面的潜在威胁，通常对DG的并网容量等有严格的限制[2]。

这些限制虽然在很大程度上避免了DG的接入对电网正常运行的潜在威胁，但同时也导致了DG在电力系统中渗透率水平的低下，严重影响和限制了DG的利用与发展。

长期以来，世界各国都在对配电网进行改造建设，配电网也发生了翻天覆地的变化，经历了从传统配电网、智能电网、主动配电网（ActiveDistributionNetwork,ADN）、主动配电系统的巨大变革[3]。

DG的发展与配电网的发展有着密切的内在联系，配电网的发展在很大程度上会影响DG在电力系统中的渗透率，而DG的发展利用会在一定程度上影响配电网的工作模式与运行效率。

仅从DG消纳的需求方面考虑，优化改造配电网以促进DG的充分利用的重要性毋庸置疑，但同时，纯粹的为了促进DG的利用而进行大规模的配电网规划改造缺乏经济性，因此，DG与配电网两者的协调发展便意义深远。

文献[4]提出了分布式光伏发电与主动配电网协调发展的思路，指出分布式光伏发电在接入配电网后带来的双向潮流、电压谐波、继电保护等问题给配电网造成威胁的同时也对配电网提出了更高的要求，但文献主要针对分布式光伏发电与ADN，没有全面考虑配电网的发展，也没有具体分析传统配电网的不足对分布式光伏发电优势的发挥的限制。

文献[5]阐述了主动配电系统的概念，从技术层面分析了配电网未来发展对象主动配电系统规划与运行的相关问题，但没有综合分析DG与配电网协调发展方面的问题。

基于DG与配电网协调发展的理念，文章首先分别介绍了DG和配电网的概况及其在我国未来的发展前景，并对我国传统配电网在DG利用中的局限性和ADN在DG利用中的优越性进行了分析，然后提出在DG充分利用的同时配电网逐步协调发展为ADN的观点，并对相关技术进行了展望。

1分布式发电的概况及发展

1.1分布式发电的概念与特征

DG是资源与环境可持续发展战略以及技术发展进步的产物，也是电力系统实现以大电网与分布式电网相结合目标的重要发展方向。关于DG的概念，在国际大型电力系统委员会的定义中是指非经规划的或中央调度型的电力生产方式，发电规模在50~100MW之间直接与配电网连接的发电系统。

一般来说，DG是可以包含任何安装在用户附近的发电设施，而不论这种发电形式的规模大小和一次能源的类型[6]。

目前，DG研究应用尤为集中的是可再生分布式能源发电技术，主要包括光伏发电、风能发电、地热发电、海洋能发电以及生物质能发电。DG相对于传统集中式发电的主要区别在于其分布性比较强，其次是其发电规模较小并且靠近电能用户，既可以直接向附近的负荷供电也可以根据需求并入大电网输送电能。

DG的发展与应用，可以充分的吸收各类分散的清洁可再生能源来发电，从而实现可再生能源的高效规模化利用，再者DG接入方便、运行简单的优点也得到了广泛的认同。

1.2我国分布式发电的发展

随着电力电子技术的发展与其他相关技术的突破，DG正逐步在世界各国得到广泛的应用。近年来，我国的风能、生物质能以及太阳能等分布式能源的利用发展态势非常迅猛。国家能源局已经提出了到2020年风力发电实现装机2亿kW、太阳能装机1亿kW的目标，2020年分布式能源装机容量将达到总装机容量的1/10。同时，国内关于风电与光伏的相关十余项规范也已经开始实施，使得DG的发展利用逐渐规范化。

DG具有能在负荷高峰期转移主电网一定的负荷的特点，可以有效缓解电网馈线的容量限值。我国分布式能源含量丰富，但由于技术等条件的限制导致目前开发利用力度仍然不够，随着DG并网输送电能调度以及能源综合优化的问题得到进一步的解决，DG将会在我国未来的电力系统中扮演着更为重要的角色。

2配电网的概况及发展

2.1配电网的概述与特征

配电网，即在电网中起分配电能作用的电力网络。配电网作为电能利用的发电、输电、配电、用电四个环节中的重要一环，是联系发电端与用户的桥梁。合理的配电网规划建设不仅可以保证供电可靠性和保障电能质量，而且可以提高电网建设的经济性，这对电网公司和电力用户来说都意义深远。

我国配电网基础较为薄弱，配电网与输电网的发展步调也有一定程度的不协调，配电自动化以及智能化水平较发达国家有较大的差距。但近年来，随着智能电网、微电网、电动汽车以及分布式发电的发展，我国配电网的自动化、智能化水平正在逐步提升，配电安全性、可靠性及适应性都有了很大程度的提高[7]。在国家大力支持配电网发展的大好形势下，未来我国配电网将逐步朝着主动、智能、坚强、灵活的方向稳步发展。

2.2我国配电网的发展

我国传统配电网形式以单向的“发电—配电—用电”形式为主，常见的配电模式有单电源辐射、不同母线环式模式以及不同母线的三回馈线的环式等模式。在我国众多的配电网构架中，这些传统的配电网模式仍然大面积的存在，但随着配电网研究的深入和配电网改造优化的实施，我国配电网在智能电网、主动配电网等方面都取得了相应的发展。

在智能电网方面，我国很早就开始了智能电网的研究应用探索，通过“十二五”规划纲要中智能电网国家战略的推进实施，我国配电自动化水平得到了很大的提升[8]；在ADN方面，但近年来，我国科研工作者在主动配电网的控制策略、分布式电源的优化规划、需求侧管理等方面都取得了相应的研究成果。

目前，国内外配电网也正随着技术的革新以及实际需求而经历着巨大的变革，文献[9]介绍了配电网由被动配电网向ADN的发展历程，文献[10]在分析我国配电网的结构、配电能力、自动化等问题的基础上，提出了我国配电网“结构合理、技术先进、灵活可靠、经济高效”发展的目标。

我国正在加大投资配电网的规划改造建设的力度，根据《配电网建设改造计划》的通知，“十三五”期间，我国配电网的建设改造投资不低于2万亿元[11]。我国学术界和工程界正在深入研究ADN及主动配电系统在我国发展与实践应用。在未来相当长的一段时间里，ADN将是我国智能配电网研究应用的重要方向之一。