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主动配电网关键技术及发展趋势

更新时间:2016-06-03    已阅读:1064次

     根据《能源发展战略行动计划(20142020年)》,全国2020年非化石能源比例将达到15%,风电、光伏装机容量分别不少于2亿、1亿千瓦;根据《新城镇新能源新生活建设行动计划》,全国2020年建成100个新能源示范城市、200个绿色能源示范县、30个分布式光伏示范园区,新能源、分布式电源在城镇电力消费中达到30%以上。预计2020年全国分布式电源装机容量(不含小水电)达到1.5亿千瓦。如此高渗透率的新能源和分布式电源的接入,如不加以有效规划控制,势必导致配电网保护配置复杂、电能质量降低,影响其供电安全水平。与此同时,预计到2020年,我国电动汽车保有量将达到500万辆,储能系统占分布式发电装机容量比例不低于5%,各类电能替代累计替代电量将达到10000亿千瓦时。电动汽车、储能等非线性多元化负荷的接入,都将导致配电网电能质量降低,尤其是大量电动汽车集中快速充电,将引起配电网中的中低压线路和配变过载,进一步拉大负荷峰谷差。

 随着分布式电源和多样性负荷的接入,配电网由“无源”变为“有源”,潮流由“单向”变为“多向”,呈现出愈加复杂的“多源性”特征。配电网迫切需要建成高度融合信息、通信、控制技术的源--荷协调运行系统,通过对新能源、分布式电源和多样性负荷的有效监测和优化调控,充分消纳新能源和分布式电源,降低负荷峰谷差,提高电网的运行效率,实现传统配电网向现代主动配电网的升级。

 

何为主动配电网

  国际大电网协会(CIGRE)对于主动配电网的定义可以简单理解为:主动配电网是一个内部具有分布式能源,具有主动控制和运行能力的配电网。这里所说的分布式能源,包括各种形式的连接到配电网中的各种分布式发电、分布式储能、电动汽车充换电设施和需求响应资源,即可控负荷。“冷热电”三联供机组和微网都是其中重要的可控资源。主动配电网的核心是对分布式可再生能源从被动消纳到主动引导与主动利用。通过这一技术可以把配电网从传统的被动型用电网转变成可以根据电网的实际运行状态进行主动调节、参与电网运行与控制的主动配电网。主动配电网的主要特征可以归纳为四个方面:具备一定比例的分布式可控资源,网络拓扑结构可灵活调节,具备完善的可观可控水平,控制中心具备协调优化管理能力。

 融合了先进的控制和信息技术的主动配电网,相较于传统配电网,展现出了一系列传统配电网所不具备的优势,包括高渗透率分布式电源接入,配电网可靠性提升,电能品质的提升和对可控资源的充分挖掘与利用。然而,将原有配电网改造成为具有以上优势的主动配电网,目前还面临着以下障碍:一是原有配电网可观测性不足,可控性较差;二是分布式电源接入能力不能定量,分布式电源报装过程随机性强;三是原有配电网可靠性提升大部分依赖设备质量的提升;四是配电网电能品质提升困难;五是分布式电源、多样性负荷等可控资源的挖掘与利用不足。解决原有配电网面临的以上问题,可从以下几个主要方面入手。

 

全面提升配电系统感知能力

  为了实现对配电网的主动控制、主动管理与主动服务,必须实现对配电网更大范围的全面感知。采用更加经济、可靠、先进的传感、通信和控制终端技术,实现对配电网运行状态、分布式发电设备状态、资产设备状态和供电可靠状况的实时、全面的监视,实现配电网的可观测性。

 如下图所示,主动配电网中的信息化系统和智能终端包括发电管理系统(GMS)、广域控制系统(WCMS)、能量管理系统(EMS)、变电站综合自动化系统(SCA)、配电管理系统(DMS)、配电自动化系统(DA)、高级量测体系(AMI)、设备检测系统、地理信息系统(GIS)、客服中心、检修管理、气象预报等。通过这些系统对配电网进行状态检测和数据采集,为主动配电网的规划、运行和控制提供所需的信息,实现主动配电网同步信息量测、负荷需求特性辨识、状态估计和态势感知,大幅提升主动配电网及其包含的各类资源的可观可控水平,实现主动配电网的全面态势感知。

大数据技术应用

  在对主动配电网实现了全面的态势感知后,从各类信息系统和智能电表所获得的海量配电网实时运行数据,只有通过先进的大数据技术,将数据进行整合分析计算,才能快速生成配电网及网内各种可控资源所需的规划、运行控制信号。

  将智能电表数据与配电网网络拓扑、调度SCADA等信息系统进行结合,能够对用户用电行为进行分析,为用户提供定制供电服务;对系统产生的非技术性网损进行分析,减少窃电行为的发生;对配电变压器的负载率进行实时在线监测,提高配电网资产利用率;实现配电网馈线自愈控制,提高配电网供电可靠性;对电网和用户互动形成的低压电网拓扑状态在线确定,提升供电系统服务能力,实现电网的智能化维护;对配电网中的负荷和分布式电源的出力进行精确预测,从而实现需求侧响应和对用户的高品质服务。

  将设备监测、配电管理系统、客服系统和检修管理系统有机融合,在线确定设备监控指标,对设备进行全寿命周期管理;将智能电表、调度SCADA系统、线路监测PMU系统、设备状态监测、微气象等数据进行融合,形成新一代智能电网运行控制系统,在线确定负荷模型,在线辨识发电机参数,在线确定输电设备参数和限值,建立分布分层的智能电网运行控制系统,实现对智能电网的描述、诊断、预见和处方性分析,实现主动配电网的主动控制。

 基于智能电网大数据技术的主动配电网规划、建设、运营和维护系统是充分挖掘主动配电网潜力的核心要素,未来能够实现更深入的电网数据价值挖掘,为用户用电、供电企业管理和政府的政策制定提供全方位的增值服务。

 

规划运行一体化技术

  现状配电网规划与运行是两个既相互关联,又相互独立的职能,这主要是由配电网运行基础数据缺乏、数据采集困难以及配电网规划技术相对滞后造成的。在主动配电网内引入了大量出力波动的分布式电源和非线性负荷后,配电网规划的难度进一步增加,规划精度也更加难以保障。为了解决这一难题,国网北京市电力公司、北京电力经济技术研究院以及清华大学等多家高校和科研单位共同组成了国家863“主动配电网关键技术研究”攻关小组。小组提出了主动配电网规划与运行一体化的规划理念,通过主动配电网规划方案与实时运行数据进行滚动校核,不断修正规划方案,从而降低配电网规划与运行之间的差距,提升配电网规划的精度,更有效地指导配电网的建设和运行。北京电力经济技术研究院还牵头开发了主动配电网规划运行一体化实时信息采集与仿真平台,目前已经上线试运行。

  总之,要充分利用主动配电网的可控资源,未来仍需研究能够实现主动规划、感知、管理、控制与服务的装置和系统,更好地解决主动配电网的新问题和现有配电网的老问题,实现主动配电网的运行目标,提升配电网电能品质,提高清洁能源的消纳能力,为用户提供更加优质的电力服务。本文刊载于《中国电力企业管理》(综合)20165期,张凯系北京电力经济技术研究院副院长,余潇潇系北京电力经济技术研究院博士后

 

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