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  • 對分布式能源組織形式的探索

    2018-05-29 16:57:11 大云網(wǎng)  點擊量: 評論 (0)
    分布式能源在我國正處在一個飛速發(fā)展的階段,在政策和資本的助推下,“十三五”期間,我國分布式光伏項目將全面開花,進入加速發(fā)展的快車道。交能網(wǎng)推出分布式能源系列,從概念、技術(shù)、發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、商業(yè)模式、到技術(shù)應(yīng)用等方面對分布式能源進行深入透徹的介紹。

    開發(fā)可再生能源、構(gòu)建可持續(xù)能源系統(tǒng)成為能源行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。分布式電源由于靠近電力用戶、實現(xiàn)電力的就近消納,可以節(jié)省輸變電投資和運行費用,減少集中輸電的線損;與大電網(wǎng)供電互為補充,減少電網(wǎng)容量,改善電網(wǎng)峰谷性能,提高供電可靠性;同時可以減少對環(huán)境的污染等優(yōu)點受到了廣泛關(guān)注,尤其是光伏和風力發(fā)電近年來得到了快速的發(fā)展。但由于可再生能源發(fā)電的不可控性和隨機波動性,隨著其滲透率的提高也增加了對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的負面影響。

    為了適應(yīng)分布式能源的迅速發(fā)展,近年來提出了一種新的分布式能源組織方式和結(jié)構(gòu)——微電網(wǎng)。微網(wǎng)是由各種分布式電源、儲能電源、負荷以及監(jiān)控、保護裝置組成的集合。微網(wǎng)包含了分布式光伏、分散式風電、小型燃氣輪機和蓄電池等微型電源形式的各種電源,還配備了能量管理系統(tǒng),通過數(shù)據(jù)采集并連接到能量管理系統(tǒng),可解決電壓控制、潮流控制、保護控制等一系列問題。在微電網(wǎng)中有各種不同類型的負荷,需要采取不同的能源供應(yīng)策略,并可同時滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全等的要求。

    此外,微電網(wǎng)相對于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元,通過主隔離器和微電網(wǎng)連接,可以實現(xiàn)與主電網(wǎng)的并網(wǎng)運行,改善主網(wǎng)的電能質(zhì)量。

    根據(jù)微電網(wǎng)自身以及結(jié)合分布式電源,微電網(wǎng)主要有以下幾個特點:

    (1) 是一種新型能源網(wǎng)絡(luò)化供應(yīng)與管理技術(shù),將原本分散的分布式電源相互協(xié)調(diào)起來,保證配電網(wǎng)的可靠性和安全性,能夠便利可再生能源系統(tǒng)的接入、實現(xiàn)用戶需求側(cè)管理以及現(xiàn)有能源和資源的最大化利用;

    (2) 具有靈活的運行方式和可調(diào)度性能,能在并網(wǎng)運行和孤島運行兩種模式間實現(xiàn)切換,與大電網(wǎng)間靈活的并列運行方式能起到削峰填谷的作用,在協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾、充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來的價值和效益等方面具有優(yōu)勢;

    (3) 實現(xiàn)能源的就地轉(zhuǎn)換和消納,提高發(fā)電效率,并減少由于長距離輸電帶來的損耗;

    (4) 通過相關(guān)控制裝置之間的協(xié)調(diào)配合,可以同時向用戶提供電、熱、冷、燃氣等多種形式的能源。

    微電網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

    (1) 電力電子技術(shù)

    根據(jù)微網(wǎng)的特殊需求,需要研究適用的電力電子技術(shù)并研制一些新型的電力電子設(shè)備,例如變換器、靜態(tài)開關(guān)和電能質(zhì)量控制器等裝置。

    首先,變換器的出現(xiàn),對分布式電源中電能進行變換、傳遞與存儲有著十分重要的意義。根據(jù)一次能源的使用情況不同能夠?qū)⒎植际诫娫捶譃橹绷髟葱偷姆植际诫娫春托枰鞯母哳l交流源型的分布式電源,前者包括太陽能、蓄電池和燃料電池等等,后者包括微型燃氣輪機和風力發(fā)電機等等。這兩種分布式電源在使用過程的最后階段都要轉(zhuǎn)換成標準的工頻交流電對并網(wǎng)或者負荷進行供電,即都需要通過變換器(整流器、逆變器)才能與微網(wǎng)系統(tǒng)相連接。

    由于變換器具有響應(yīng)速度快、慣性小、過流能力強等特性,使得微網(wǎng)能源管理的控制理念與常規(guī)系統(tǒng)有很大的不同。同時,適用于微網(wǎng)的逆變器除了需要具備常規(guī)逆變器的功能以及能夠并聯(lián)運行之外,還需要根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)的特殊需求具備一些控制功能,例如有功-頻率下垂控制和電壓-無功下垂控制功能。因而,逆變器的運行控制成為微網(wǎng)研究中的一個重要方面。

    再就是靜態(tài)開關(guān)。靜態(tài)開關(guān)置于連接微網(wǎng)和主網(wǎng)間公共連接點處,在發(fā)生一些主網(wǎng)故障或者電能質(zhì)量事件等擾動情況時,它能夠自動地將該微網(wǎng)切換到孤島/自主運行狀態(tài);當故障被排除后,它也能夠自動實現(xiàn)微網(wǎng)和主網(wǎng)的重新連接。除了上述開關(guān)功能外,靜態(tài)開關(guān)還需具備常規(guī)電力系統(tǒng)中繼電器、DSP及其他的硬件組件等所提供的保護、測量及通信功能。

    此外還需要相關(guān)的電能質(zhì)量控制系統(tǒng)。任何分布式發(fā)電單元的接入都會對系統(tǒng)中的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響,若控制不當,將會對電壓波形、頻率、功率因數(shù)產(chǎn)生不利,尤其是風光這樣的波動性大的一次能源。并且,電子負載易受暫態(tài)、跌落、諧波、瞬間中斷及其他擾動的影響。

    (2) 通信技術(shù)

    微網(wǎng)的運行基于不同特性的分布式能源單元信息采集,在響應(yīng)特性不同的設(shè)備間建立連接,通過配網(wǎng)級、微網(wǎng)級、單元級各控制器之間的相互通信來實現(xiàn)。以電力電子器件為接口的分布式能源單元與常規(guī)同步機的特性有很大的差別,因此對通信技術(shù)的可靠性和速度提出了更高要求。通信技術(shù)還直接關(guān)系到微網(wǎng)能否更快地提供輔助服務(wù)。

    (3) 監(jiān)測與控制系統(tǒng)

    為了能夠與現(xiàn)有電力系統(tǒng)相融合,微網(wǎng)的正常運行需要在通信網(wǎng)絡(luò)的支持下,通過以下三個層次的監(jiān)測與控制系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)合作來實現(xiàn)。

    a. 單元級:各個分布式發(fā)電單元及負荷的本地控制器,調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和頻率,以利于微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

    b. 微網(wǎng)級:微網(wǎng)中央控制器,是主網(wǎng)與微網(wǎng)間的接口,一方面與上層配網(wǎng)級控制器交互,一方面與下層的各本地控制器交互信息。

    c. 配網(wǎng)級:配電網(wǎng)控制器,用于控制包含一個或多個微網(wǎng)的區(qū)域;市場控制器,負責各個特定區(qū)域內(nèi)電力市場的功能。這兩種控制器屬于微網(wǎng)上一層次的系統(tǒng),實現(xiàn)主網(wǎng)配網(wǎng)級別的調(diào)度功能。

    (4) 故障檢測與保護

    微電網(wǎng)保護問題與傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護有著極大的不同,典型表現(xiàn)在以下幾個方面:

    a. 微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行和孤島運行兩種運行方式下,短路電流大小不同且差異很大。

    b. 微電網(wǎng)中電源及相關(guān)負荷的接地方式對故障電流的大小影響也很大。

    c. 加入分布式能源后,微電網(wǎng)的雙向潮流特性對微電網(wǎng)保護的方向判別也有新的要求。

    d. 發(fā)生故障時,微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的不同隔離策略需要與微電網(wǎng)保護相結(jié)合,這也是微電網(wǎng)保護的關(guān)鍵。

    因此,在結(jié)合微電網(wǎng)與配電網(wǎng)隔離策略和不同接地方式的前提下,探尋一種新的微電網(wǎng)保護技術(shù),使得無論在并網(wǎng)運行模式或孤島運行情況下,都能快速感知微電網(wǎng)內(nèi)外部故障,同時保證保護的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性,是對微電網(wǎng)保護的基本要求。

    微電網(wǎng)的運行管理

    微網(wǎng)的運行方式、所采取的電力市場和能源政策、系統(tǒng)內(nèi)分布式能源類型、滲透率、負荷特性以及對電能質(zhì)量的要求,與常規(guī)電力系統(tǒng)存在較大的區(qū)別。因而需要對微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部各分布式能源單元間、單個微網(wǎng)與主網(wǎng)間、甚至多個微網(wǎng)間的運行調(diào)度和能源優(yōu)化管理系統(tǒng)研究制定合理的控制策略,才能確保微網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性,從而高效經(jīng)濟運行。

    微網(wǎng)系統(tǒng)處于并網(wǎng)運行狀態(tài)時,如何與主網(wǎng)之間相互作用,與所采取的市場策略相關(guān)。一種市場策略是,微網(wǎng)利用內(nèi)部的分布式能源單元來盡力滿足網(wǎng)內(nèi)的負荷需求,可以從主網(wǎng)吸收功率但不向主網(wǎng)輸出功率;另一種是允許微網(wǎng)參與到開放的電力市場中,可以與主網(wǎng)間自由交換功率,并且除各分布式發(fā)電單元參與競價外,需求側(cè)也可以參與市場交易。

    此外微網(wǎng)也可以參與輔助服務(wù)市場。微網(wǎng)在向主網(wǎng)提供能量的同時,可以提供調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓、備用、黑啟動等輔助服務(wù);或者以一個可控的負荷形式來運行,控制負荷量和功率因數(shù),這對主網(wǎng)系統(tǒng)處于重載時具有重要意義。

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    責任編輯:仁德財

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