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主動配電網關鍵技術及發展趨勢

更新時間:2016-06-03    已閱讀:903次

     根據《能源發展戰略行動計劃(20142020年)》,全國2020年非化石能源比例將達到15%,風電、光伏裝機容量分別不少于2億、1億千瓦;根據《新城鎮新能源新生活建設行動計劃》,全國2020年建成100個新能源示范城市、200個綠色能源示范縣、30個分布式光伏示范園區,新能源、分布式電源在城鎮電力消費中達到30%以上。預計2020年全國分布式電源裝機容量(不含小水電)達到1.5億千瓦。如此高滲透率的新能源和分布式電源的接入,如不加以有效規劃控制,勢必導致配電網保護配置復雜、電能質量降低,影響其供電安全水平。與此同時,預計到2020年,我國電動汽車保有量將達到500萬輛,儲能系統占分布式發電裝機容量比例不低于5%,各類電能替代累計替代電量將達到10000億千瓦時。電動汽車、儲能等非線性多元化負荷的接入,都將導致配電網電能質量降低,尤其是大量電動汽車集中快速充電,將引起配電網中的中低壓線路和配變過載,進一步拉大負荷峰谷差。

 隨著分布式電源和多樣性負荷的接入,配電網由“無源”變為“有源”,潮流由“單向”變為“多向”,呈現出愈加復雜的“多源性”特征。配電網迫切需要建成高度融合信息、通信、控制技術的源--荷協調運行系統,通過對新能源、分布式電源和多樣性負荷的有效監測和優化調控,充分消納新能源和分布式電源,降低負荷峰谷差,提高電網的運行效率,實現傳統配電網向現代主動配電網的升級。

 

何為主動配電網

  國際大電網協會(CIGRE)對于主動配電網的定義可以簡單理解為:主動配電網是一個內部具有分布式能源,具有主動控制和運行能力的配電網。這里所說的分布式能源,包括各種形式的連接到配電網中的各種分布式發電、分布式儲能、電動汽車充換電設施和需求響應資源,即可控負荷。“冷熱電”三聯供機組和微網都是其中重要的可控資源。主動配電網的核心是對分布式可再生能源從被動消納到主動引導與主動利用。通過這一技術可以把配電網從傳統的被動型用電網轉變成可以根據電網的實際運行狀態進行主動調節、參與電網運行與控制的主動配電網。主動配電網的主要特征可以歸納為四個方面:具備一定比例的分布式可控資源,網絡拓撲結構可靈活調節,具備完善的可觀可控水平,控制中心具備協調優化管理能力。

 融合了先進的控制和信息技術的主動配電網,相較于傳統配電網,展現出了一系列傳統配電網所不具備的優勢,包括高滲透率分布式電源接入,配電網可靠性提升,電能品質的提升和對可控資源的充分挖掘與利用。然而,將原有配電網改造成為具有以上優勢的主動配電網,目前還面臨著以下障礙:一是原有配電網可觀測性不足,可控性較差;二是分布式電源接入能力不能定量,分布式電源報裝過程隨機性強;三是原有配電網可靠性提升大部分依賴設備質量的提升;四是配電網電能品質提升困難;五是分布式電源、多樣性負荷等可控資源的挖掘與利用不足。解決原有配電網面臨的以上問題,可從以下幾個主要方面入手。

 

全面提升配電系統感知能力

  為了實現對配電網的主動控制、主動管理與主動服務,必須實現對配電網更大范圍的全面感知。采用更加經濟、可靠、先進的傳感、通信和控制終端技術,實現對配電網運行狀態、分布式發電設備狀態、資產設備狀態和供電可靠狀況的實時、全面的監視,實現配電網的可觀測性。

 如下圖所示,主動配電網中的信息化系統和智能終端包括發電管理系統(GMS)、廣域控制系統(WCMS)、能量管理系統(EMS)、變電站綜合自動化系統(SCA)、配電管理系統(DMS)、配電自動化系統(DA)、高級量測體系(AMI)、設備檢測系統、地理信息系統(GIS)、客服中心、檢修管理、氣象預報等。通過這些系統對配電網進行狀態檢測和數據采集,為主動配電網的規劃、運行和控制提供所需的信息,實現主動配電網同步信息量測、負荷需求特性辨識、狀態估計和態勢感知,大幅提升主動配電網及其包含的各類資源的可觀可控水平,實現主動配電網的全面態勢感知。

大數據技術應用

  在對主動配電網實現了全面的態勢感知后,從各類信息系統和智能電表所獲得的海量配電網實時運行數據,只有通過先進的大數據技術,將數據進行整合分析計算,才能快速生成配電網及網內各種可控資源所需的規劃、運行控制信號。

  將智能電表數據與配電網網絡拓撲、調度SCADA等信息系統進行結合,能夠對用戶用電行為進行分析,為用戶提供定制供電服務;對系統產生的非技術性網損進行分析,減少竊電行為的發生;對配電變壓器的負載率進行實時在線監測,提高配電網資產利用率;實現配電網饋線自愈控制,提高配電網供電可靠性;對電網和用戶互動形成的低壓電網拓撲狀態在線確定,提升供電系統服務能力,實現電網的智能化維護;對配電網中的負荷和分布式電源的出力進行精確預測,從而實現需求側響應和對用戶的高品質服務。

  將設備監測、配電管理系統、客服系統和檢修管理系統有機融合,在線確定設備監控指標,對設備進行全壽命周期管理;將智能電表、調度SCADA系統、線路監測PMU系統、設備狀態監測、微氣象等數據進行融合,形成新一代智能電網運行控制系統,在線確定負荷模型,在線辨識發電機參數,在線確定輸電設備參數和限值,建立分布分層的智能電網運行控制系統,實現對智能電網的描述、診斷、預見和處方性分析,實現主動配電網的主動控制。

 基于智能電網大數據技術的主動配電網規劃、建設、運營和維護系統是充分挖掘主動配電網潛力的核心要素,未來能夠實現更深入的電網數據價值挖掘,為用戶用電、供電企業管理和政府的政策制定提供全方位的增值服務。

 

規劃運行一體化技術

  現狀配電網規劃與運行是兩個既相互關聯,又相互獨立的職能,這主要是由配電網運行基礎數據缺乏、數據采集困難以及配電網規劃技術相對滯后造成的。在主動配電網內引入了大量出力波動的分布式電源和非線性負荷后,配電網規劃的難度進一步增加,規劃精度也更加難以保障。為了解決這一難題,國網北京市電力公司、北京電力經濟技術研究院以及清華大學等多家高校和科研單位共同組成了國家863“主動配電網關鍵技術研究”攻關小組。小組提出了主動配電網規劃與運行一體化的規劃理念,通過主動配電網規劃方案與實時運行數據進行滾動校核,不斷修正規劃方案,從而降低配電網規劃與運行之間的差距,提升配電網規劃的精度,更有效地指導配電網的建設和運行。北京電力經濟技術研究院還牽頭開發了主動配電網規劃運行一體化實時信息采集與仿真平臺,目前已經上線試運行。

  總之,要充分利用主動配電網的可控資源,未來仍需研究能夠實現主動規劃、感知、管理、控制與服務的裝置和系統,更好地解決主動配電網的新問題和現有配電網的老問題,實現主動配電網的運行目標,提升配電網電能品質,提高清潔能源的消納能力,為用戶提供更加優質的電力服務。本文刊載于《中國電力企業管理》(綜合)20165期,張凱系北京電力經濟技術研究院副院長,余瀟瀟系北京電力經濟技術研究院博士后

 

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