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国内外主动配电网示范工程应用综述
2017-08-23 11:40:05  作者:袁晓冬 方鑫  来源:中国设计师网  
  •   面对经济增长的发展需求,电力电子技术的不断突破,以及全球传统能源短缺和生态环境日益恶化的矛盾局面,以风电和光伏发电为代表的清洁能源在全球范围内得到快速长足的发展。目前,呈规模化增长的分布式新能源以就地消纳的方式直接接入配电网,改变了配电网传统的潮流流向,打破了传统能量单向辐射及拓扑开环的运行模式。

  国网江苏省电力公司电力科学研究院 袁晓冬 方鑫

  1 引言

  面对经济增长的发展需求,电力电子技术的不断突破,以及全球传统能源短缺和生态环境日益恶化的矛盾局面,以风电和光伏发电为代表的清洁能源在全球范围内得到快速长足的发展。目前,呈规模化增长的分布式新能源以就地消纳的方式直接接入配电网,改变了配电网传统的潮流流向,打破了传统能量单向辐射及拓扑开环的运行模式。分布式发电的随机性、间歇性,波动性等特点对于传统配电网的电压质量、供电可靠性、保护配置等均会带来不可控的影响[1]。同时配电网一次网架薄弱及配电自动化水平覆盖面不够高等问题将制约新能源消纳。主动配电网技术深受国内外专家学者的重视,主动配电网作为智能配电网的一种高级阶段和技术形态,不仅提升了绿色能源利用率,优化了一次能源的结构,提高用电质量和供电可靠性,在建设坚强智能配电网中扮演重要角色。

  2009年,国际大电网会议C6.11工作组报告对主动配电网的定义[2]:主动配电网是将包括发电机、负载和储能装置在内的分布式资源进行组合控制的系统,通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流,实现对局部的分布式能源进行主动控制和管理,在适当的监管环境和接入准则基础上,分布式能源对系统可承担一定程度的支撑作用。主动配电网将其下连接的分布式电源包括光伏、储能等视为一种可调控的资源。

  本文针对主动配电网技术应用,国内外政府机构和科研院所不断尝试开展主动配电网仿真实验与示范应用,结合当前主动配电网示范工程应用情况,总结目前主动配电网示范工程现状与技术特点。

  2 示范应用现状

  2.1 电能质量优化调节

  在电能质量优化调节方面,国内外示范工程借助DVR、STATCOM和分布式电源自身带有的电压型逆变电路,改善由于分布式新能源的大量接入引起的配电网电能质量问题。

  南京青奥会优质电力园区配备了100kW光伏变流器和30kW储能变流器,在主动配电网技术架构下,通过DFACTS设备协调控制器,调整分布式电源并网逆变器的输出策略,实现分布式新能源发电系统主动参与配网综合电能质量优化调节。

  欧盟FP6主导的ADINE示范工程[3]的核心理念是利用自动化、信息、通信,以及电力电子等新技术实现对大规模接入新能源的电网进行主动管理,示范工程中areva集团利用STOTCOM改善网络电能质量,增强风电场故障穿越能力,COMPWER和瑞典隆德大学研究利用微型燃气轮机来提升配电网的电压质量。

  坦佩雷理工大学研究基于新能源高渗透率环境下配电网电压协调主动控制算法,在真实的智能配电网示范工程中加以实施应用,实现电压主动控制,提升高渗透率新能源接入配电网下的最大电压限值[4]。

  2.2 能量优化协调控制

  在主动配电网能量管理与协调控制方面,在国内示范工程建设中相对较为常见,综合看来总体采取分层控制架构,用以实现广域范围内不同类型可控分布式电源资源的协调控制与管理。

  广东省佛山市三水区主动配电网示范工程以装机容量为5.5MWp的分布式光伏,累计容量为1.1MWh包含磷酸铁锂、铅碳、钛酸锂电池的储能系统为可控资源,构建了分层控制体系,上层以主动配电网能量管理系统为核心,利用示范区域可调控的储能单元以及自动化联络开关,通过协调控制及灵活网络技术实现示范区域内光伏发电的高效消纳及网络的经济运行[5]。

  苏州工业园区的源网荷(储)协调控制技术应用示范工程,采用分层分级的控制模式,即集中决策层、分布控制层和设备层三个层次,主要建设内容包括集中决策系统、终端用户分布控制改造建设,通信网络建设等。集中决策系统在原有配电自动化系统的硬件基础上拓展,开发部署主动配电网网源荷协调控制高级应用功能,实现对微电网监控系统、柔性直流换流站监控系统、柔性直流合环监控系统等5个分布控制层进行整体协调控制。

  2.3 灵活可靠配电网络

  在灵活可靠的智能配电网应用方面,从示范工程建设情况看,主要实现方式有两种,一是基于柔性直流接口设备将不同馈线连接,实现环网运行与功率优化调节;二是依托配电自动化装备与其广泛覆盖面,基于网络重构技术,优化配网运行方式,实现配电网安全、经济、可靠运行。

  北京延庆智能电网创新示范工程[6]中通过构建三端口交直流混联的柔性环网控制装备,将3条10kV交流母线互联,三条母线下联已建成的29个智能微电网群,2.5MWh储能,2.1MW光伏发电等可控资源,实现负载连续转移、负荷均衡、解决高渗透率分布式电源消纳问题。

  苏州工业园区高可靠性配电网应用示范工程通过构建8MVA的四端口柔性直流接口装备,实现园区内两座110kV主变下4条20kV交流母线的互联,通过对不同母线间的合环操作,优化调节各母线之间的潮流分配。

  文献[7]依托广东金融高新技术服务区内将建成含分布式电源的智能配电网自愈控制示范区,在良好的配电自动化水平与可靠通讯网络条件下,基于灵活的配网拓扑结构以及智能化的主站系统,实现在正常运行状态、控制区域内部故障和控制区域外部故障工况下的配电网的自愈控制,实现园区内配电网供电可靠性指标不低于99.999%。

  3 结论

  本文综述了目前国内外主动配电网示范工程在电能质量优化调节、能量优化协调控制、灵活可靠配电网络这三个层面的研究应用现状。我国配电网正处在大力推广包含DTU、FTU等一批智能配电终端应用的阶段,通过配电自动化的改造,增强配电网智能感知与控制能力。从主动配电网示范工程实际建设及应用情况来看,示范工程对于可靠的信息采集与传输、智能化装备的协调控制能力要求较高,资金的成本需求较大,由此主动配电网的普及需要在具备可靠信息化通信基础,大大降低了以电力电子装备为核心的智能化装备成本的前提下才能得以实现。另外,主动配电网项目也需探索可持续的商业模式,通过其自身的主动控制、主动管理与主动服务,提高配网供电可靠性、服务水平与新能源的消纳能力进而实现有效盈利。

  作者简介

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  袁晓冬,现任江苏省电力公司电力科学研究院电网技术中心副主任,研究员级高级工程师,IEC TC8 MT2国际工作组成员,全国电压电流等级和频率标准化技术委员会委员,中国电源学会电能质量专业委员会委员,江苏省产业教授。长期从事电能质量测试评估以及新能源并网技术研究工作,为江苏经济转型过程中优质用电服务、江苏沿海大型风电基地的源网协调以及分布式新能源技术推广做出了突出贡献。

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  参考文献

  [1] 陈冲,小伟,明慷,等.分布式电源的配电网馈线系统保护研究[J].江苏电机工程,2013,31(6):6-10.

  [2] 刘广一,张凯,舒彬.主动配电网的6个主动与技术实现[J].电力建设,2015(1):33-37.

  [3] Samuelsson O,Repo S,Jessler R,et al.Active distribution network—Demonstration project ADINE[C]//Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT Europe),2010 IEEE PES.IEEE,2010:1-8.

  [4] Kulmala A,Mutanen A,Koto A,et al.Demonstrating coordinated voltage control in a real distribution network[C]//Innovative Smart Grid Technologies(ISGT Europe),2012 3rd IEEE PES International Conference and Exhibition on.IEEE,2012:1-8.

  [5] 尤毅,余南华,宋旭东,等.主动配电网间歇式能源消纳及优化技术示范应用[J].供用电,2015,9:006.

  [6] 黄仁乐,蒲天骄,刘克文,等.城市能源互联网功能体系及应用方案设计[J].电力系统自动化,2015,39(9):26-33.

  [7] 董旭柱,黄邵远,陈柔伊,等.智能配电网自愈控制技术[J].电力系统自动化,2012(18):17-21.

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