傳統(tǒng)的配電網(wǎng)通常依靠靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較大的容量裕度來應(yīng)對負荷的不確定性,以保證電力系統(tǒng)的安全可靠性,其運行控制方法相對簡單。隨著分布式能源(distributedenergyresource,DER)的滲透率在電力系統(tǒng)各層級上的不斷提高,電力系統(tǒng)尤其是配電網(wǎng)的規(guī)劃和運行方式也變得相對復(fù)雜,同時對配電網(wǎng)的經(jīng)濟性和監(jiān)管方式也產(chǎn)生了較大的影響。面對負荷增長緩慢、配電網(wǎng)發(fā)展空間資源有限、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較難擴展的現(xiàn)狀,發(fā)達國家為應(yīng)對高滲透率DER的接入,正在探討智能電網(wǎng)框架下的主動配電網(wǎng)(activedistributionnetwork,ADN)技術(shù)模式。為了可持續(xù)發(fā)展的需要,中國的配電網(wǎng)也將面臨DER滲透率越來越高的局面,因此也有必要開展相關(guān)研究。
為應(yīng)對分布式發(fā)電規(guī)模逐漸擴大以及用戶對于合理電價范圍內(nèi)供電可靠性的期望值日益提高等這一系列變化,國內(nèi)外配電網(wǎng)運營企業(yè)正在考慮如何改變配電網(wǎng)當前的規(guī)劃和運行模式,以及新的網(wǎng)絡(luò)運行和控制模式,其中包括如何積極主動地運用和協(xié)調(diào)各種DER. ADN是未來智能配電網(wǎng)中的重要組成部分。
本文依據(jù)CIGREC6的相關(guān)研究報告以及作者的研究成果,通過深入探討其當前的發(fā)展過程和研究動態(tài),為國內(nèi)的相關(guān)研究者提供和借鑒,具體包括以下幾方面的內(nèi)容:分析DER對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的影響,闡述了對DER進行主動控制和主動管理的ADN的基本概念和特性,并說明其與微電網(wǎng)的不同之處;概要介紹ADN的當前研究動態(tài);最后概要總結(jié)傳統(tǒng)配電網(wǎng)向ADN過渡的可行技術(shù),即注重具有成本效益的技術(shù)以及具有可持續(xù)發(fā)展能力的技術(shù)。
1主動配電網(wǎng)的概念形成CIGREC6專委會對含DER的配電網(wǎng)進行了一系列的詳細研究。2008年國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)配電與分布式發(fā)電專委會(C6)的C6.11項目組在所發(fā)表的“主動配電網(wǎng)的運行與發(fā)展”研究報告中明確提出了ADN以及DER的概念。CIGREC6關(guān)于ADN和DER的基本定義和構(gòu)成的設(shè)想目前已經(jīng)得到國際學(xué)術(shù)組織CIRED和IEEE的廣泛認可。
主動配電網(wǎng)(ADN)的基本定義是:通過使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)來管理潮流,以便對局部的DER進行主動控制和主動管理的配電系統(tǒng)。DER在一定程度上可承擔(dān)支持系統(tǒng)的責(zé)任,這將取決于適當?shù)谋O(jiān)管環(huán)境和接入?yún)f(xié)議。
CL)等。其中DG主要為可再生能源(renewable energysource,RES),包括光伏發(fā)電PV、風(fēng)能發(fā)電等;CL包括電動汽車(electricvehicle,EV)、響應(yīng)負荷(responsiveload,RL)等。由于具有發(fā)電和消費雙重身份的生產(chǎn)性負荷(pro-consumer)的出現(xiàn),使得響應(yīng)負荷也成為了DER. 2010年本文作者根據(jù)CIGREC6.11的定義將ADN翻譯為“主動配電網(wǎng),。在世界范圍內(nèi)由于目前對電網(wǎng)運營商和DER擁有者還缺乏必要的激勵機制以及適當?shù)谋O(jiān)管環(huán)境,使得ADN這一概念至今仍處于發(fā)展階段,還有許多尚待研究的新問題。
需要指出的是,微網(wǎng)主要是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng),既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行,亦可以常態(tài)方式孤島運行。與“微網(wǎng)”
不同的是,ADN是由電力企業(yè)管理的公共配電網(wǎng),常態(tài)方式下不孤島運行,但在緊急情況下(由于DG的存在)通過合理配置解列點,可使得ADN的局部作為微網(wǎng)而以非常態(tài)方式孤島運行。
2DER接入對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)是輸電網(wǎng)和用戶之間的重要中間環(huán)節(jié),特別是中低壓配電網(wǎng)實際上被設(shè)計成電力系統(tǒng)的“被動”負荷。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運行模式和技術(shù)準則也相對簡單,網(wǎng)絡(luò)運行一般采取開環(huán)輻射模式,即使采用配電自動化措施,也主要用于故障后的快速處理,一般不會對穩(wěn)態(tài)運行的配電網(wǎng)進行主動控制。因此傳統(tǒng)配電網(wǎng)可稱之為被動配電網(wǎng)(passivedistributionnetwork,PDN)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)原本不是為高滲透率DER的接入而設(shè)計的。
當前各國都在研究如何適應(yīng)高滲透率DER的接入。例如,歐盟在2020年將要實現(xiàn)20-20-20計劃,其中包括可再生能源的滲透率將達到20%.雖然歐盟國家可再生能源的滲透率總體上將在一定的范圍(如20°%)內(nèi),但是局部供電區(qū)域的滲透率有可能會更高,例如:德國目前可再生能源的裝機容量已約占總裝機容量的30%,可再生能源的發(fā)電量已約占總發(fā)電量的20%,2020年可再生能源的裝機容量將達到35%,2050年可再生能源的裝機容量將達到80%,其中德國中部電力公司(260萬客戶)的可再生能源發(fā)電在2020年有可能達到100%;意大利2012年的可再生能源裝機已達18.6GW,已經(jīng)使輸電網(wǎng)向配電網(wǎng)的功率流減少了8GW多,即削減配電負荷約20%,而且未來還有20GW的接入申請,已經(jīng)需要考慮傳統(tǒng)發(fā)電機組為可再生能源提供備用的問題??傮w來說,DER滲透率的大小,取決于許多邊界條件,如外部電網(wǎng)及發(fā)電機組可提供的備用裕度以及DER的控制模式等。
配電網(wǎng)在DER大量接入后,有可能引起諸多問題,這些問題既有技術(shù)方面的,也有管理方面的。DER接入到配電網(wǎng)后甚至?xí)绊懙侥茉词袌龅倪\營,如DG注入的功率會改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)上的負荷曲線,從而影響傳統(tǒng)發(fā)電機組的運行出力,并要求配電系統(tǒng)運營商(distributionsystemoperator,DSO)在與輸電系統(tǒng)運營商(transmissionsystemoperator,TSO)密切協(xié)調(diào)配合的條件下?lián)喂芾砟芰苛鞯男陆巧?/P>
總而言之,小規(guī)模DER的接入只會影響配電網(wǎng)的局部運行,而大規(guī)模(高滲透率)DER的接入?yún)s會影響電力系統(tǒng)的全局運行,并對配電網(wǎng)的規(guī)劃、運行、短路水平和設(shè)備選型、故障處理過程和保護、非常態(tài)方式孤島運行等方面帶來不容忽視的影響。
對配電網(wǎng)規(guī)劃方法的影響。
傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法只是針對某個負荷預(yù)測值采用最大容量裕度(給定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))來應(yīng)對最嚴重工況的運行條件(即使最嚴重工況為小概率事件),從而在規(guī)劃階段就可以找到處理所有運行問題的最優(yōu)解,因此傳統(tǒng)規(guī)劃方法相對簡單。ADN的負荷預(yù)測結(jié)果會受需求側(cè)響應(yīng)和DG的雙重影響,同時在進行系統(tǒng)設(shè)計時會受DER主動管理模式的影響。因此ADN的規(guī)劃方法相對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的規(guī)劃方法要復(fù)雜得多。
解決方案:ADN的規(guī)劃方法需在規(guī)劃階段就考慮其運行時可能遇到的各種不確定性工況。例如,在面對雙向潮流時甚至有可能考慮將配電網(wǎng)從開環(huán)輻射狀向閉環(huán)網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)過渡,并以合理的費用集成信息通訊與電力電子換流技術(shù),而不只是簡單地考慮接入新的能源形式和儲能設(shè)備。隨著DER滲透率的提高,ADN規(guī)劃還需考慮所有電源的協(xié)調(diào)優(yōu)化問題,如與主網(wǎng)電源的協(xié)調(diào)問題。
對配電網(wǎng)運行的影響。
現(xiàn)有電力設(shè)備必須在其額定電壓附近的給定電壓范圍內(nèi)運行,配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量與無功電壓控制密切相關(guān)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)運行時是無源的,無功電壓控制模式相對簡單。當DER接入配電網(wǎng)后,由于DER設(shè)備具有間歇性、隨機性、非線性特征,這不但使得配電網(wǎng)運行時的無功電壓控制模式相對復(fù)雜,而且還有可能導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)有功潮流反向和無功潮流的不確定性。DER接入或退出時還有可能導(dǎo)致暫態(tài)電壓變化、風(fēng)電機組的接入和退出還有可能引起閃變、電壓畸變、保護誤動等問題,使得配電網(wǎng)的電能質(zhì)量及供電可靠性受到一定的影響。
設(shè)施(advancedmeteringinfrastructure,AMI)技術(shù),采用適用于配電網(wǎng)的監(jiān)控和保護模式,提高系統(tǒng)的可觀測性,變被動控制方式為主動控制方式,更多地依靠主動式的電網(wǎng)管理,網(wǎng)架運行也逐步從開環(huán)輻射運行向閉環(huán)運行過渡,并采用各種新型電力電子設(shè)備,如主動無功補償裝置、主動有功移相調(diào)節(jié)器、有載調(diào)壓變壓器等對配電網(wǎng)的有功和無功潮流進行協(xié)調(diào)控制。
對短路電流及設(shè)備選型的影響。
任何一個電源接入系統(tǒng),都會給系統(tǒng)提供短路電流,因此,為了使DG接入后開關(guān)設(shè)備的遮斷容量依然不超標,就有可能需要更換原有的開關(guān)設(shè)備,從而增加接入的費用;另外,對于同一變電站有多點接入DG的情況,最后接入的DG有可能會造成接入點及其附近同一電壓層級節(jié)點的短路電流超標,因而需要更換設(shè)備,而且大量的持續(xù)的DG接入請求在有些供電區(qū)域增加了網(wǎng)絡(luò)飽和的可能性,這使得后來的DG接入者的申請受到限制。
對保護裝置運行和故障處理的影響。
DG接入后,會對故障條件下的短路電流產(chǎn)生影響,從而有可能使保護誤動?,F(xiàn)有中壓配電網(wǎng)的故障清除過程一般是在沒有DG接入的情況下設(shè)計的,主要涉及自動重合閘、負荷轉(zhuǎn)移、以及故障段自動隔離等3個基本操作。DG接入后會對這些操作產(chǎn)生較大的影響。在饋線故障且具有DG的情況下,非同步的自動重合可能會對DG產(chǎn)生損害。在瞬時故障后DG未斷開的情況下,重合閘操作有可能導(dǎo)致大電流以及逆變器跳閘。在負荷轉(zhuǎn)移時,DG的接入有可能使轉(zhuǎn)供饋線的短路電流水平超過限值。
解決方案:協(xié)調(diào)配置和重新整定保護裝置,必要時采用專用饋線接入DG,采用不同原理的保護配置及進行保護整定。
對非常態(tài)方式孤島運行的影響。
在當前的技術(shù)條件下,配電網(wǎng)一般不具備常態(tài)方式孤島運行的條件。一般情況下,非常態(tài)孤島運行會對孤島后的配電網(wǎng)電壓和頻率產(chǎn)生影響。公共配電網(wǎng)一般只有在非常態(tài)的應(yīng)急情況下才有孤島運行的必要,且需要有良好定義的規(guī)則,以及DSO和TSO的協(xié)調(diào)配合,才能保證非常態(tài)方式孤島運行后DER的正常運行。此外,配電網(wǎng)的非常態(tài)方式孤島運行必須有明確的利益協(xié)調(diào)機制,以便對配電企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)投資和DER提供的配套服務(wù)進行回報。
解決方案:研究DG的反孤島措施,制定對DER的監(jiān)管條例,完善DER的自動退出機制,提高DSO對DER的主動管理和主動控制能力。
3主動配電網(wǎng)的基本特性配電系統(tǒng)中ICT技術(shù)的發(fā)展為各種DER的協(xié)調(diào)配合與控制提供了可能性。全球的利益相關(guān)者,如配電企業(yè)、設(shè)備制造商、電氣工程顧問公司、科研機構(gòu)以及監(jiān)管機構(gòu),都在積極研究和探討高滲透率DER接入后現(xiàn)代配電網(wǎng)所面臨的問題。
在這些研究構(gòu)想下,傳統(tǒng)配電網(wǎng)將逐步從PDN向ADN過渡。由于配電網(wǎng)有可能逐步接入大量的DER,現(xiàn)代配電網(wǎng)已經(jīng)不再等同于僅僅將電力能源從輸電系統(tǒng)配送到中低壓終端用戶的傳統(tǒng)配電網(wǎng),如前所述,現(xiàn)代配電網(wǎng)應(yīng)該改稱為配電系統(tǒng)。
ADN可以說是“智能電網(wǎng)”的重要組成部分之一。ADN將是一種基礎(chǔ)設(shè)施,使得電力用戶能夠參與電力市場互動,可將他們的需求與ADN所提供的功能相匹配,并允許DSO在配電系統(tǒng)運行中集成DER,從而優(yōu)化使用配電系統(tǒng)的資產(chǎn),并可提高能源的利用效率和改善配電網(wǎng)的性能。
與注重客戶端電網(wǎng)的微網(wǎng)不同,ADN注重處1)當前連續(xù)發(fā)電DG被動控制配電網(wǎng)輸電網(wǎng)集中集中發(fā)電控制容量3)主動控制DER分布輸電和配式控電網(wǎng)制集中發(fā)電表1主動配電網(wǎng)的主要特點基礎(chǔ)設(shè)施的需求/規(guī)范應(yīng)用范圍驅(qū)動力/效益保護潮流擁塞管理可靠性的改進通信數(shù)據(jù)收集和管理資產(chǎn)利用率的提高與現(xiàn)有系統(tǒng)的集成電壓管理*G接入的改進靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲DG和負荷控制加強網(wǎng)絡(luò)的替代方案能夠管理設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)快速重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性主動網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)效率的提高智能計量技術(shù)(減少損耗)1)優(yōu)勢。ADN提供了加強網(wǎng)絡(luò)改造的經(jīng)濟替代方案,提高了運行可靠性,減少了損耗,通過自動化與控制,提高了網(wǎng)絡(luò)接入客戶DER的能力。
理公用配電網(wǎng)接入DER的問題。對于電網(wǎng)企業(yè)而言,從PDN過渡到更積極的ADN的一般驅(qū)動力/激勵機制如下:提高客戶服務(wù)質(zhì)量。能夠更快、更經(jīng)濟有效地接入客戶(包括發(fā)電客戶和負荷客戶)。
提高管理性能指標。通過提高配電系統(tǒng)的可靠性,減少客戶的供電中斷以及顧客的停電分鐘損失,即客戶停電的分鐘/小時/天數(shù)。
減少運行風(fēng)險。通過提高配電系統(tǒng)的監(jiān)控能力,降低配電系統(tǒng)的運行風(fēng)險。
優(yōu)化利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)。通過加強對配電網(wǎng)的控制,提高配電設(shè)備的利用率,避免或推遲對饋線和變壓器的改造。
表示了對DER進行主動控制和管理的效果圖,該圖從電力系統(tǒng)的裝機容量出發(fā),將DER與配電網(wǎng)集成并實施分散控制,展示了滿足尖峰負荷所需的3種裝機容量,方式1)為在當前被動控制(DG為連續(xù)控制的)條件下的總裝機容量;方式2)為采用被動控制模式條件下(DG大部分為RES)條件下的裝機容量;方式3)為主動控制模式條件下的總裝機容量。因為RES的年額定出力利用小時數(shù)只有10002 000h,所以方式2)的總裝機容量要遠高于方式1);由于可處理大量的DER,使集中發(fā)電只帶基荷,故集中發(fā)電容量可大量降低,使DG和DSM所承擔(dān)的負荷大量增加,從而使方式3)的總裝機容量要低于方式2)。
表1中對ADN的主要特點進行了總結(jié)。
以下討論實施ADN所帶來的優(yōu)點、缺點、機會以及風(fēng)險(即進行SWOT分析)。SWOT分析方法是一種戰(zhàn)略分析方法。其中:S(strength)表示自身優(yōu)勢;W(weakness)表示自身弱勢;O(opportunity)表示外部提供的機會;T(threat)表示面臨的外部風(fēng)險。
間歇性發(fā)電DG被動配電網(wǎng)控制輸電網(wǎng)集中集中發(fā)電對DER進行主動控制和管理的效果圖弱勢。目前配電企業(yè)還缺乏維護ADN的經(jīng)驗,還沒有承擔(dān)風(fēng)險的驅(qū)動力,現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施還不足以承擔(dān)主動控制和主動管理的功能。
機會。通過將老化資產(chǎn)替換為具有主動管理能力的設(shè)備、開發(fā)和實施智能計量技術(shù)、發(fā)展通信基礎(chǔ)設(shè)施,提供了提高分布式可再生能源的滲透率而邁向低碳經(jīng)濟的機會。
風(fēng)險。技術(shù)方面,RES滲透率較高后有可能對傳統(tǒng)發(fā)電機組和輸電網(wǎng)的運行產(chǎn)生影響,所依賴的ICT技術(shù)本身的安全性問題值得關(guān)注;管理方面,現(xiàn)有的規(guī)程和規(guī)范與ADN的發(fā)展可能存在不相適應(yīng)的地方,向ADN發(fā)展的過渡期較長,有可能增加管理的難度。
4主動配電網(wǎng)研究的相關(guān)動態(tài)CIGREC6在提出ADN研究框架和方向的基礎(chǔ)上,通過開展新的研究項目,從中提取各國均適用的可行技術(shù)和可行方法,CIGREC6的研究無論從深度和廣度上都給中國的相關(guān)研究提供了一定的啟示。以下介紹CIGREC6以及作者多年的相關(guān)成果。
CIGREC6的項目組目前已經(jīng)完成以下多項相關(guān)研究報告:①可再生及分布式能源接入的示例系統(tǒng)(C6.04);②大規(guī)模間歇性能源的并網(wǎng)(C6.08);③需求側(cè)集成(C6.09);④低壓分布式發(fā)電設(shè)備的技術(shù)規(guī)范(C6.10);⑤主動配電網(wǎng)的發(fā)展與運行(C6.11);⑥電能儲能系統(tǒng)的研究(C6.15)等。
以此為基礎(chǔ),CIGREC6已經(jīng)啟動而且還將啟動多個與ADN相關(guān)的研究項目組,主要包括:①主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化(C6.19);②電動汽車接入(C6.20);③智能測量(前沿、規(guī)范、標準以及未來需求(C6.21);④微電網(wǎng)發(fā)展路線圖(C6.22);⑤饋線接入DER的最大容量評估(C6.23);⑥電池儲能系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)意見(C6.24);⑦未來配電系統(tǒng)的控制與自動化(C6.25);⑧帶有分布式能源的配電系統(tǒng)的保護(C6.26);⑨針對具有高滲透率分布式能源的配電網(wǎng)的資產(chǎn)管理(C6.27)。
CIGREC6的項目一般由各國主要研究單位的專業(yè)人員負責(zé),作者作為中國的代表參與了C6.19、C6.23和C6.27的研究工作,概要介紹如下。
主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化(C6.19)工作組的研究內(nèi)容共包括5項:①電網(wǎng)企業(yè)ADN現(xiàn)狀調(diào)研;②傳統(tǒng)規(guī)劃方法的現(xiàn)狀;③適用于ADN的新規(guī)劃方法;④ADN的可靠性評估;⑤新的規(guī)劃模型。
饋線接入DER的最大容量評估(C6.23)工作組的研究內(nèi)容共包括6項:①DER的接入在配電層級所造成的問題;②審查各國的經(jīng)驗及進行案例研究;③審查各國應(yīng)用的DER接入標準和準則;④根據(jù)現(xiàn)行實踐經(jīng)驗推導(dǎo)簡單的指導(dǎo)方針;⑤DER、DSM、電動汽車以及網(wǎng)絡(luò)控制對增加接入容量的影響;⑥判斷在中低壓層級采用DER控制所帶來的技術(shù)和商業(yè)方面的局限性和差異。
主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化(C6.19)工作組的研究人員發(fā)表了一些階段性研究成果,如ADN的可靠性評估、ADN中DG集成的多目標規(guī)劃、基于多目標規(guī)劃的ADN的成本/效益分析、兩階段的在線主動管理的能源資源協(xié)調(diào)優(yōu)化、主動網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化規(guī)劃、管理ADN網(wǎng)絡(luò)的先進DMS等。
2)作者及合作者的相關(guān)研究。
本文作者也發(fā)表了一些與ADN的規(guī)劃與優(yōu)化相關(guān)的研究成果,主要包括以下幾方面的內(nèi)容:計算平臺與評估流程方面。針對ADN的特性和需求,并考慮了DG接入的特殊需求,提出了ADN的規(guī)劃流程,建立了一個ADN規(guī)劃的案例研究平臺,提出了具有DG的配電網(wǎng)可靠性評估流程。
在儲能系統(tǒng)應(yīng)用方面。針對高滲透率DG接入的需求,提出了儲能在不同電壓等級配電網(wǎng)應(yīng)用的策略,提出了配電系統(tǒng)中用于負荷平衡的儲能優(yōu)化配置的算法并進行了微電網(wǎng)中復(fù)合儲能的優(yōu)化配置研究。
在優(yōu)化方法方面。為了考慮ADN的可持續(xù)發(fā)展,提出了配電網(wǎng)集成DER的成本效益分析方法,提出了邊遠地區(qū)應(yīng)用微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃方法。
這些研究成果從計算平臺、優(yōu)化算法、評估流程、成本效益評估、信息需求和技術(shù)準則的調(diào)整等方面深入開展了針對ADN的全方位研究。
2013及相關(guān)會議上,作者探討了為接入DER嘗試改變技術(shù)準則的可能性及ADN規(guī)劃所需的信息需求,作者與CIGREC6的研究人員還探討了ADN規(guī)劃中需求側(cè)集成的問題等。這些研究內(nèi)容應(yīng)引起國內(nèi)相關(guān)部門的關(guān)注。
5主動配電網(wǎng)的可行技術(shù)目前,ADN項目在世界各地的電力系統(tǒng)研究中仍處于起步階段。為了使研究成果能夠真正成為實用工具,一般應(yīng)該注重的是“可行技術(shù)(EnablingTechnology)”的研究。許多領(lǐng)先的電力企業(yè)率先進行了一些ADN的試點項目和示范實施,CIGREC6的研究報告C6.11《主動配電網(wǎng)的運行和發(fā)展》,對這些項目所開發(fā)的可行技術(shù)進行了總結(jié)。本節(jié)對世界范圍內(nèi)ADN項目的實施狀況進行評估和分析,并對當前ADN研究的可行技術(shù)進行了歸納和研究。
目前世界范圍內(nèi)共有11個國家和地區(qū)開展了24個具有創(chuàng)新性的ADN項目,這11個國家和地區(qū)包括美國、澳大利亞、意大利、希臘、德國、英國、歐盟、荷蘭、丹麥、西班牙、日本。現(xiàn)將項目中所應(yīng)用的通信技術(shù)以及ADN的可行技術(shù)介紹如下。
表2列出了目前所使用的通信技術(shù)。各公司所使用的通信手段差別很大,只有少數(shù)公司提到了使用DER的遙控通訊手段,且只有很少的一部分提到將控制延伸到低壓網(wǎng)絡(luò)。
對配電系統(tǒng)進行主動管理和控制,需要采用信息和通訊技術(shù)設(shè)備(ICT)技術(shù)作支撐,也就是說,ICT技術(shù)對于提高配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及效率,保持系統(tǒng)頻率、控制潮流和調(diào)節(jié)電壓是必不可少的可行技術(shù);主動控制既可以進行集中控制,也可以進行點對點控制,或者進行組合控制(自治控制或優(yōu)化控制)。
表2目前所使用的通信技術(shù)方法無線有線語音留言(通過電話微波、電臺、超高頻銅質(zhì)電纜、聯(lián)系本地運營商)、遙控、無線電、無線電、光纜、電力連接到SCADA系統(tǒng)衛(wèi)星、線載波(PLC)可用于對DG和RL進行控制,同時也可監(jiān)測系統(tǒng)的運行參數(shù)并能夠提供獨立的保護行為;控制中心(DMS/EMS)可通過各種通信系統(tǒng)與終端設(shè)備IEDs通信,以光纖通信為主;而智能電表可采用光纖、無線或載波進行信息傳遞?;ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)可與這些不同的通信技術(shù)配合,從而形成互聯(lián)網(wǎng)通信,這也將是ADN主動管理的重要組成部分。
2)相關(guān)技術(shù)及研發(fā)需求。
現(xiàn)有的ADN項目主要涉及硬件設(shè)備、監(jiān)測控制和網(wǎng)絡(luò)運行三個方面的技術(shù),綜合考慮發(fā)展ADN未來發(fā)展需求,所需解決的可行技術(shù)主要有:可行技術(shù)1(電力電子設(shè)備)。智能設(shè)備和通信媒介設(shè)備、AMI、ESS和電池能量管理、DG的接入和控制接口;采用電力電子設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、無功補償、電壓調(diào)節(jié)、諧波補償,進行接入DER的轉(zhuǎn)換;采用可控的DER和負荷進行優(yōu)化運行以使回報最大化,采用可控儲能以使負荷和發(fā)電平衡。
可行技術(shù)2(ICT技術(shù))。采用ICT技術(shù)可以進行計算、存儲、處理和分配信息,在可控設(shè)備和控制單元之間傳送信息(發(fā)電和負荷控制、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、主動補償、監(jiān)測、負荷、發(fā)電和電價的預(yù)測等)。
可行技術(shù)3(監(jiān)測和預(yù)測)。測量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、估計實際運行條件、保證系統(tǒng)安全所需的負荷、發(fā)電和電價的預(yù)測。
的分布式控制、需求側(cè)管理(demandsidemanagement,DSM)、微電網(wǎng)/饋線(孤島運行);進行潮流管理、適用可行技術(shù)5(規(guī)劃與設(shè)計)。摒棄傳統(tǒng)的與運行無關(guān)的方法,在規(guī)劃階段就考慮其運行時可能遇到的各種不確定性工況的方法,應(yīng)對高滲透率的DER的接入,不能簡單地將接入新的能源形式和儲能設(shè)備的規(guī)劃視為ADN規(guī)劃。
通過對以上各種可行技術(shù)的分析,可確定其相應(yīng)的應(yīng)用范圍、預(yù)期收益以及未來的研發(fā)需求。
應(yīng)用范圍包括有功和無功控制、需求側(cè)管理(采用可變電價結(jié)構(gòu))、ADN管理、孤島運行、削峰和間歇性發(fā)電、網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)管理等。
預(yù)期收益包括提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)供能力、提高配電網(wǎng)的主動管理水平、提高配電網(wǎng)新舊元件的協(xié)調(diào)和控制能力以及對網(wǎng)絡(luò)信息的采集能力、提高集成可再生能源的能力、延緩配電網(wǎng)絡(luò)改造時間、提高削峰和孤島運行的能力、提高DG的接入能力、提高SCADA的能力、對潮流進行優(yōu)化等。
研發(fā)需求包括進一步降低費用、提高可靠性、制定接入標準、提高集成能力、制定新的監(jiān)管條例、降低儲能費用、與主網(wǎng)的再同步、新的保護配置方案等。
隨著上述可行技術(shù)的進步,為使PDN向著ADN的方向逐步發(fā)展,作者認為配電系統(tǒng)的各個方面均會有很大的變化,例如技術(shù)標準逐步柔性化、管理模式逐步分散化、網(wǎng)路結(jié)構(gòu)日趨靈活、模擬計算更加精確、控制與保護模式更加主動等。
入配電網(wǎng),CIGREC6決定將主動配電網(wǎng)(ADN)改稱為主動配電系統(tǒng)(activedistributionsystem,ADS)。雖然國際上ADS的發(fā)展已經(jīng)完成了頂層概念設(shè)計、項目實施驗證、模型算法研發(fā)方面的初步研究,但C6.19工作組對全世界5大洲20多個電力企業(yè)(包括中國的電力企業(yè))進行的ADS規(guī)劃方面的有關(guān)調(diào)研結(jié)果表明:鑒于核心計算工具的缺乏,除歐洲一些國家外,在大多數(shù)國家ADS還未成為配電網(wǎng)規(guī)劃和運行中的一個必要內(nèi)容;而且主動管理和主動控制現(xiàn)在仍處于初始階段。中國也開始關(guān)注ADS方面的研究,還處于概念探討階段。
6結(jié)論由于高滲透率DER的接入,未來輸配電網(wǎng)之間產(chǎn)生了雙向功率流,負荷與電源具有了雙重不確定性,客戶具有了消費者和生產(chǎn)者的雙重身份。由此為確保電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,必須投入必要的資金對現(xiàn)有配電網(wǎng)進行加強或?qū)ΜF(xiàn)有技術(shù)進行改進,ADS是未來電力系統(tǒng)解決這些問題的發(fā)展模式之一。盡管DER滲透率還將進一步提高,隨著相關(guān)可行技術(shù)的進步,ADS不僅可起著配電層級的功率平衡作用,還起著與上級電網(wǎng)之間的雙向功率交換通道的作用,因此ADS將成為局部區(qū)域各種能源的交換中心。中國在進行ADS的相關(guān)研究工作中還應(yīng)該考慮其配電網(wǎng)的具體需求,例如在應(yīng)對高滲透率DER的接入和提高設(shè)備智能化水平等問題的同時還要研究可行的配電網(wǎng)絡(luò)擴展模式。
作者:佚名 來源:中國潤滑油網(wǎng)