深度解析！未來電力系統(tǒng)十大關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)

2017-01-16 21:06:20 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

2016年8月21～26日，第46屆國際大電網(wǎng)委員會（CIGRE）年會在法國巴黎召開，超過3000位代表出席了會議，其中來自中國的參會代表有80多位。大會以主旨報告《電力大變革—未來電力系統(tǒng)》作為開始，并以分布式發(fā)電對

2016年8月21～26日，第46屆國際大電網(wǎng)委員會（CIGRE）年會在法國巴黎召開，超過3000位代表出席了會議，其中來自中國的參會代表有80多位。大會以主旨報告《電力大變革—未來電力系統(tǒng)》作為開始，并以“分布式發(fā)電對大容量電網(wǎng)影響的全球視角”為主題召開了開幕論壇。CIGRE2016提出了兩個大方向：一是未來電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢及動向；另一個是如何充分盡限利用現(xiàn)有的系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)

CIGRE2016的主旨報告《電力大變革—未來電力系統(tǒng)》指出，各種各樣的因素正推動著全球能源系統(tǒng)向著面對不同挑戰(zhàn)風險、不同管理方式、不同條件狀況的資源–市場混合型模式轉(zhuǎn)變。這些因素主要包括：

（1）國際和國家層面的政策鼓勵低碳生產(chǎn)、可再生能源（RES）的使用以及能源的高效利用。

（2）將可再生能源（RES）和分布式電源（DG）接入配電網(wǎng)。

（3）配電網(wǎng)中日益增加的用戶和由此引起的對電網(wǎng)的需求。

（4）信息與通信技術(shù)（ICT）的進步。

（5）電網(wǎng)全壽命周期更新投資的需要。

（6）利用基于市場的方法控制電網(wǎng)阻塞的必要性。

（7）市場規(guī)劃與管理機制向著公平、成本效益最好的方法演變。

（8）現(xiàn)有及新建設(shè)施的穩(wěn)定性、持續(xù)性及其對環(huán)境的影響。

（9）世界上仍有大量的人口用電不足的問題亟待解決。

上述因素可能促使電網(wǎng)在2020年及以后（甚至到2040年），向著以下兩種模式發(fā)展：

（1）互聯(lián)大電網(wǎng)：在負荷區(qū)域和大型集中式可再生發(fā)電站之間傳輸大功率的互聯(lián)大電網(wǎng)的重要性不斷提升。應用大電網(wǎng)聯(lián)接不同國家的能源市場。

（2）主動配電網(wǎng)：大量小型及大型包含分散式發(fā)電廠、儲能、有功用戶參與的自我供給配電網(wǎng)的簇擁出現(xiàn)，導致必須采用主動配電網(wǎng)對有功和無功進行管理。

未來的電網(wǎng)發(fā)展中，大型能源網(wǎng)絡(luò)越發(fā)重要，同時小型微電網(wǎng)也蓬勃發(fā)展，它們相輔相成，共同發(fā)展。未來，不同地區(qū)的電網(wǎng)中將會出現(xiàn)不同的能源組合，以往的用電方也可以成為發(fā)電方，因此電網(wǎng)必須更加智能可控，要實現(xiàn)雙向負荷流的管理。由于大量互聯(lián)電網(wǎng)的加入，主動配電網(wǎng)被視為解決日益突出的環(huán)保、經(jīng)濟、可靠等問題的方法，因此未來電力系統(tǒng)很可能以上述兩類模式的混合形式出現(xiàn)。

一未來電力系統(tǒng)十大關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)挑戰(zhàn)

（1）主動配電網(wǎng)將導致在配電網(wǎng)電壓等級和更高電壓等級網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生雙向潮流與數(shù)據(jù)流，如何建立合理的智能控制技術(shù)來實現(xiàn)大量小型電源之間的協(xié)調(diào)是一項新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

首先需要獲取數(shù)據(jù)信息（配電網(wǎng)自動化、家庭能源管理以及電動汽車的數(shù)據(jù)信息），這就需要安裝大量的智能電表和需求側(cè)響應電表。同時，還需要研究合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以確保其能夠為當?shù)氐哪芰科胶馓峁└玫谋Ｕ稀Ａ硗猓捎谑袌龊椭贫日凉撘颇叵蛑咝Ч芾怼⒐焦⒊杀净厥盏姆较蜻M化，以市場為導向的分布式發(fā)電（如虛擬電廠）控制技術(shù)也是應對該項挑戰(zhàn)的可能方法之一。

（2）先進測量與監(jiān)測設(shè)備的使用以及對信息交換的大量需求，對傳感技術(shù)及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出了新的要求。

1）在系統(tǒng)的運行、保護、檢修以及全壽命管理等過程中需要新的量測參數(shù)、網(wǎng)架信息、通信技術(shù)以及相關(guān)的新式算法。

2）交換數(shù)據(jù)的識別及其相關(guān)需求，例如數(shù)據(jù)的可靠性、安全性等。

3）故障恢復與轉(zhuǎn)供規(guī)劃方法。

4）網(wǎng)絡(luò)安全與準入控制：網(wǎng)絡(luò)安全、信安全等問題。

（3）在各電壓等級下直流技術(shù)與電力電子（PE）應用的增長及其在電能質(zhì)量、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)安全以及系統(tǒng)標準化方面的影響。傳統(tǒng)的電路理論不能簡單地直接用于分析交直流混合電網(wǎng)和含有大量電力電子設(shè)備的微電網(wǎng)，需要做更多新技術(shù)的相關(guān)研究。

1）計及高壓直流（HVDC）和PE系統(tǒng)控制模型的交流電網(wǎng)性能的研究。

2）在HVDC和PE運行過程中，交流和直流諧波過濾器所產(chǎn)生的諧波失真管理，以及由于電力電子用戶日益增加所產(chǎn)生諧波污染的去除。

3）在交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，直流和基于PE的發(fā)電站在動態(tài)響應及性能方面較傳統(tǒng)發(fā)電廠和交流線路有著顯著的區(qū)別。許多情況下，如何選用適當?shù)脑O(shè)計和控制方法，從而大大增強全網(wǎng)的可靠性是需要考慮的重要問題。

4）高壓直流電網(wǎng)是一種與傳統(tǒng)電網(wǎng)在動態(tài)響應和性能上皆有著明顯不同的全新電網(wǎng)形式。建立完善的HVDC電網(wǎng)，需要靈活使用制造業(yè)的各種設(shè)備，并逐步完善各項標準和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

5）高壓直流電網(wǎng)是一種全新電網(wǎng)形式。為了使其逐步的建立起來，需要建立相應的標準以及電網(wǎng)技術(shù)準則（gridcodes）。同時，不同制造商提供的設(shè)備也應該具有互換性。

6）如何滿足日益增長的終端直流供電的需求（例如居民用戶和商業(yè)建筑等）也是挑戰(zhàn)之一。

（4）儲能系統(tǒng)中重要設(shè)備的發(fā)展及其對電力系統(tǒng)運行發(fā)展的影響。

為實現(xiàn)分布式能源之間的協(xié)調(diào)，儲能系統(tǒng)發(fā)揮著越來越重要的作用，同時也帶來了許多技術(shù)問題。

1）建設(shè)問題：先進材料、安裝成本和建設(shè)成本的下降、環(huán)境影響的降低、充放電周期效率的提升、重量減輕且尺寸密度的提升以及全壽命周期評價模型的研發(fā)等。

2）運行和網(wǎng)絡(luò)問題：各電壓等級下儲能的影響、靜態(tài)穩(wěn)定建模和動態(tài)仿真、充放電管理、與RES聯(lián)合運行的混合系統(tǒng)、孤島管理、削峰能力，以及需求側(cè)管理技術(shù)協(xié)調(diào)運行等。

3）抽水蓄能和電池儲能的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（5）針對系統(tǒng)運行、系統(tǒng)控制和市場/法規(guī)規(guī)劃，建立計及主動用戶與不同發(fā)電形式間相互作用的新概念。

1）發(fā)電站隨機組合以及柔性負荷和儲能導致的負荷變動所帶來的運行挑戰(zhàn)。包括：功率平衡、阻塞管理、市場規(guī)劃和規(guī)范機制的改進，以及促進含用戶和RES參與的電力市場、有功無功儲備和風險管理等。

2）輸電系統(tǒng)中電力電子整合技術(shù)，如含HVDC線路的內(nèi)部互聯(lián)系統(tǒng)會對可靠性、電力市場整合與控制以及電力系統(tǒng)動態(tài)性能帶來挑戰(zhàn)。

3）各大洲、各國、各地區(qū)電力系統(tǒng)控制的發(fā)展：輸電系統(tǒng)運行人員（TSO）、配電系統(tǒng)運行人員（DSO）、電力市場運行人員、能源服務(wù)商以及其他相關(guān)人員之間都需要共同協(xié)作。應當了解全網(wǎng)的地位、各系統(tǒng)間的界限，信息交互以及生產(chǎn)和負荷中心TSO、DSO及其他相關(guān)人員間的可操作接口。

4）自動化水平的提升：新開發(fā)軟件的工具可以快速地確定系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)，其可提供決策支持，并為系統(tǒng)運行、自動化結(jié)構(gòu)以及電氣參數(shù)的調(diào)整、轉(zhuǎn)供自動化、事故恢復等提供警示。

5）應確保系統(tǒng)運行人員相關(guān)培訓和具有相應資質(zhì)。