1.1 研究背景
　　能源是經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，電力作為最清潔便利的能源形式，是國民經(jīng)濟的命脈。電力生產(chǎn)的過程就是大規(guī)模地將各種類型的一次能源轉換為容易輸送和方便轉換的電能并輸送分配的過程。工業(yè)革命以來，世界能源消費劇增，煤炭、石油、天然氣等化石能源資源消耗迅速，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，特別是溫室氣體排放導致日益嚴峻的全球氣候變化，社會的可持續(xù)發(fā)展受到嚴重威脅。因此，世界各國紛紛開始關注環(huán)保、高效和靈活的發(fā)電方式——分布式發(fā)電(Distributed Generation，DG)[1]。
　　分布式發(fā)電是指利用各種可用和分散存在的能源，包括可再生能源(太陽能、生物質(zhì)能、小型風能、小型水能、波浪能等)和本地可方便獲取的化石類燃料(主要是天然氣) 進行發(fā)電供能的技術[2]。小型的分布式電源容量通常在幾百千瓦以內(nèi)，大型的分布式電源容量可達到兆瓦級。相較于傳統(tǒng)的發(fā)電技術，分布式發(fā)電供能系統(tǒng)由于采用就地能源，可以實現(xiàn)分區(qū)分片靈活供電，通過合理的規(guī)劃設計，在災難性事件發(fā)生導致大電網(wǎng)瓦解的情況下，可以保證對重要負荷的供電，并有助于大電網(wǎng)快速恢復供電，降低大電網(wǎng)停電造成的社會經(jīng)濟損失；分布式發(fā)電供能技術還可利用天然氣、冷、熱能易于在用戶側存儲的優(yōu)點，與大電網(wǎng)配合運行，實現(xiàn)電能在用戶側的分布式替代存儲，從而間接解決電能無法大量存儲這一世界性難題，促進電網(wǎng)更加安全高效運行。另一方面，分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，并且根據(jù)用戶需求，分布式發(fā)電在實際應用中可以提供多種服務，如備用發(fā)電，削峰填谷等[3,4,5]。無疑，分布式電源將成為未來大型電網(wǎng)的有力補充和有效支撐，是未來電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一。
　　隨著全球能源領域競爭的加劇，世界各國日益重視自身可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，作為這一戰(zhàn)略的核心技術之一，分布式發(fā)電供能技術的研究日益受到各國關注。歐盟、美國、日本等多個發(fā)達國家在進行能源結構調(diào)整過程中，已經(jīng)把分布式發(fā)電技術放在了相當重要的位置上。美國在2001年已制訂完成了分布式發(fā)電互聯(lián)標準IEEE P1547，規(guī)劃在10～15年后分布式發(fā)電占整個美國發(fā)電量的10％～20％[6,7]。歐盟《歐洲2020》遠景規(guī)劃，提出到2020年，可再生能源達到能源總消耗量的20%[8]。其中2009年，歐洲新增新能源發(fā)電容量占新增電力裝機容量的60％，接近20%的電力供應來自可再生能源。丹麥是世界上可再生能源發(fā)展最快的國家之一，2005年其可再生能源發(fā)電比例達到30%，其風力工業(yè)協(xié)會提出了的“風力50”計劃，建議到2025年丹麥風電占全部電力消耗比重的50%[9]。2000年，德國出臺了全世界第一部真正意義的《可再生能源法》，用于推動可再生能源的發(fā)展，2010年，德國可再生能源發(fā)電已占總消耗電能的16%，并提出了到2020年可再生電能占總消耗電能47%的目標[10]。英國于2009年7月發(fā)布了《英國可再生能源戰(zhàn)略》，計劃到2020年可再生能源比重提高至30%到32%[11]。為推動可再生能源的發(fā)展，2010年7月，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省計劃對太陽能、風力、地熱、生物燃料等可再生能源所發(fā)電力，實行全部收購制度[12]。由此可見，眾多發(fā)達國家十分重視分布式發(fā)電技術的研究，分布式電源在整個供能體系中所占比例也在逐漸增加。據(jù)國際能源署2010年初發(fā)布的報告，2009年全球應用于新能源領域的投資為150億美元，較08年增長16%。2009年全球可再生能源發(fā)電容量達到了305GW，比2008年增長了22%，全球并網(wǎng)太陽能發(fā)電容量增加至21GW，較2008年增長了53%，風力發(fā)電增加至159GW，較2008增長了32%。截止2010年初，世界上至少有100多個國家制定了促進能源可持續(xù)發(fā)展的相關政策（如小型可再生能源的稅收優(yōu)惠、財政補貼、低息貸款；并網(wǎng)DG電量的強制購買或配額制度以及與之配套的綠色交易證書等制度），這將大大促進相關技術的發(fā)展與應用。分布式發(fā)電及相關技術將成為國際上一項重要的技術增長點，是21世紀電力工業(yè)的主要技術發(fā)展方向之一[13,14]。