【文章內(nèi)容簡介】 調(diào)度與運(yùn)行管理的復(fù)雜性。風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等輸出的電能具有很大的隨機(jī)性 , 而用戶自備 DER 一般是根據(jù)用戶自身需要安排機(jī)組的投切 。 這一切給合理地安排配電網(wǎng)運(yùn)行方式、確定最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行結(jié)構(gòu)帶來困難。 ? 2) DER 的接入 , 給配電網(wǎng)的施工與檢修維護(hù)帶來了影響。由于難以對眾多的 DER 進(jìn)行控制 , 停電檢修計(jì)劃安排的難度增加 , 配電網(wǎng)施工安全風(fēng)險加大。 四、分布式電源對配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與經(jīng)營的影響 DER 的大量應(yīng)用 , 給配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)與經(jīng)營帶來了新挑戰(zhàn)。 ? 1) 對配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、負(fù)荷預(yù)測的影響。由于大量的用戶安裝 DER 為其提供電能 , 使得配電網(wǎng)規(guī)劃人員難以準(zhǔn)確地進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測 , 進(jìn)而影響配電網(wǎng)規(guī)劃的合理性。 ? 2) 分布式發(fā)電并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)問題。由于 DER的接入 , 特別是對于自備 DER 的用戶 , 為保證其自備 DER 停運(yùn)時仍能正常用電 , 供電企業(yè)需要為其提供一定的備用容量 , 這就增加了供電企業(yè)的設(shè)備投資與運(yùn)行成本 , 這些費(fèi)用理應(yīng)有一部分由 DER 業(yè)主來分擔(dān)。因此 , 需要完善電價政策 , 合理地調(diào)整供電企業(yè)與 DER 業(yè)主的利益。 第三節(jié) 分布式電源并網(wǎng)技術(shù) 一、分布式電源并網(wǎng)基本技術(shù)要求 為確保配電網(wǎng)的安全運(yùn)行和供電質(zhì)量 , DER并網(wǎng)要滿足以下基本要求。 ? 1) 保證配電網(wǎng)電壓合格 , 所引起的電壓偏移不超過允許的范圍。 ? 2) 配電設(shè)備正常運(yùn)行電流不超過額定值 , 動熱穩(wěn)定電流不超過允許值。 ? 3) 短路容量不超過開關(guān)、電纜等配電設(shè)備的允許值。 ? 4) 電能質(zhì)量合格 , 所引起的電壓驟升、驟降、閃變、諧波不超過規(guī)定值。 二、分布式電源接入方案的選擇 DER 并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響與 DER 的容量以及接入配電網(wǎng)的規(guī)模、電壓等級有關(guān)。一般情況下 , DER 容量在 250 kVA 以內(nèi)的接入 380 V/ 400V 低壓電網(wǎng) 。 DER 容量在 1 ~ 8 MVA 的接入 10 kV等級中壓電網(wǎng) 。 DER 容量更大一些的則接入更高電壓等級的配電網(wǎng)。具體接入方式一般是大容量的 DER 通過聯(lián)絡(luò)線接到附近變電所的母線上。對于小型的DER, 為減少并網(wǎng)投資 , 就近并在配電線路上 . 在我國 , 熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電與小水力發(fā)電有著很廣泛的應(yīng)用 , 它們一般是并到配電變電所的母線上。這些 DER( 小電源 ) 的并網(wǎng)以及保護(hù)控制技術(shù)已比較成熟 , 有大量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程可供參考。近年來 , 太陽能光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電等容量在數(shù)百千瓦及以下的小型分布式電源有了很大發(fā)展 , 為降低成本 , 它們一般是就近接到配電線路上 , 這些小型DER 的并網(wǎng)及其保護(hù)控制技術(shù)還需進(jìn)一步探討。 美國電氣電子工程師協(xié)會 ( IEEE) 的第 21 標(biāo)準(zhǔn)化工作組起草的 DER 并網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)中 , 定義了以下兩個參數(shù)來衡量 DER 并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響。 ? 1) 剛度系數(shù) , 指配電網(wǎng)中 DER 接入點(diǎn)的設(shè)計(jì)短路電流與 DER 額定電流的比值。 ? 2) 短路電流貢獻(xiàn)比 , 指配電網(wǎng)在 DER 接入點(diǎn)發(fā)生短路時 , 來自 DER 的短路電流與來自配電網(wǎng)的短路電流的比值。剛度系數(shù)越大 , 短路電流貢獻(xiàn)比越小 , 則配電網(wǎng)運(yùn)行電壓與短路電流受 DER 并網(wǎng)的影響越小。一般認(rèn)為 , 如果剛度系數(shù)大于 20, 則 DER 并網(wǎng)不會對配電網(wǎng)運(yùn)行帶來實(shí)質(zhì)性影響。 三、分布式電源并網(wǎng)保護(hù) 分布式電源并網(wǎng)保護(hù)除分布式電源機(jī)組的保護(hù)外 , 主要是配備孤島運(yùn)行保護(hù) , 簡稱孤島保護(hù)。 孤島是指配電線路或部分配電網(wǎng)與主網(wǎng)的連接斷開后 , 由分布式電源獨(dú)立供電形成的配電網(wǎng)絡(luò)。這種意外的孤島運(yùn)行狀態(tài)是不允許的 , 因?yàn)槠涔╇婋妷号c頻率的穩(wěn)定性得不到保障 , 并且線路繼續(xù)帶電會影響故障電弧的熄滅、重合閘的動作 , 危害事故處理人員的人身安全。對于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)的電網(wǎng)來說 , 一部分配電網(wǎng)與主網(wǎng)脫離后 , 可能會失去接地的中性點(diǎn) , 成為非有效接地系統(tǒng) , 這時孤島運(yùn)行就可能引起過電壓 , 危害設(shè)備與人身安全。 在 DER 與配電網(wǎng)的連接點(diǎn)上 , 需要配備自動解列裝置 , 即孤島保護(hù)。在檢測出現(xiàn)孤島運(yùn)行狀態(tài)后 , 迅速跳開 DER 與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。一般來說 , 在孤島運(yùn)行狀態(tài)下 , DER 發(fā)電量與所帶的負(fù)荷相比 , 有明顯的缺額或過剩 , 從而導(dǎo)致電壓與頻率的明顯變化 , 據(jù)此可以構(gòu)成孤島運(yùn)行保護(hù)。孤島保護(hù)的工作原理主要有以下 3 種。 ? 1) 反應(yīng)電壓下降或上升的欠壓 / 過壓保護(hù)。 ? 2) 反應(yīng)頻率下降或上升的頻率變化率保護(hù)。 ? 3) 反應(yīng)前后兩個周波電壓相量變化的相量偏移保護(hù)。 在線路故障切除后 , 重合閘時間需要與孤島運(yùn)行保護(hù)配合 , 其等待時間要確保 DER 解列并留有足夠的故障點(diǎn)熄弧時間。 第四節(jié) 分布式電源并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展 以上介紹的 DER 并網(wǎng)技術(shù)是有限接入即對于接入容量等做出嚴(yán)格限制。為了充分利用可再生能源 , 必須實(shí)現(xiàn) DER 并網(wǎng)的寬限接入和大量接入 , 這也是智能電網(wǎng)概念提出的根本原因之一 , 智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展 , 將使這問題能得到較好地解決。隨著 DER 的大量接入 , 配電網(wǎng)就由傳統(tǒng)的無源網(wǎng)絡(luò)將發(fā)展成為有源網(wǎng)絡(luò) , 當(dāng)前 , 涉及這方面的技術(shù)研究主要有微電網(wǎng)技術(shù)與虛擬發(fā)電廠技術(shù)。 有源網(wǎng)絡(luò) (Active Network) 指的是分布式電源高度滲透、功率雙向流動的配電網(wǎng)絡(luò)。所謂 高度滲透是指接入的 DER 對配電網(wǎng)的潮流、短路電流產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的影響 , 使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制、運(yùn)行管理方法不再有效。有源網(wǎng)絡(luò)的概念是針對并網(wǎng)技術(shù)對 DER 接入容量做出嚴(yán)格限制的配電網(wǎng)而提出的。有源網(wǎng)絡(luò)不再單純地為了不影響現(xiàn)有配電網(wǎng)而嚴(yán)格限制 DER 的接入 , 而是讓 DER 盡可能地多發(fā)電 ( 特別是對可再生能源 ) 、充分地發(fā)揮其對配電網(wǎng)的積極作用以及節(jié)省電力系統(tǒng)的整體投資。 DER 的容量客觀上是可以替代一部分配電容量的 , 從而減少對發(fā)、輸、配電系統(tǒng)的投資。因此 , 考慮 DER 對配電容量的替代作用 , 也是有源網(wǎng)絡(luò)的一個重要的特征。 有源網(wǎng)絡(luò)給配電網(wǎng)的保護(hù)控制、運(yùn)行管理提出了新挑戰(zhàn) , 它包括電壓控制、繼電保護(hù)、短路電流限制、故障定位與隔離、 DER 調(diào)度管理等方面的問題。 一、微電網(wǎng)技術(shù) 微電網(wǎng) ( Micro Grid) 簡稱微網(wǎng) , 是指由 DG、DES 裝置和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的并為相應(yīng)區(qū)域供電的小型發(fā)配電系統(tǒng) , 能夠不依賴大電網(wǎng)而正常運(yùn)行 , 實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部供需平衡。一般來說 ,微網(wǎng)是一個用戶側(cè)的電網(wǎng) , 它通過一個公共連接點(diǎn)( Point of Common Connection, PCC) 與大電網(wǎng)連接。 按照常規(guī)的做法 , DER 必須配備孤島保護(hù) ,在大電網(wǎng)停電時自動與主網(wǎng)斷開。而微網(wǎng)可以在與大電網(wǎng)脫離后獨(dú)立運(yùn)行 , 由 DER 維持區(qū)域內(nèi)所有或部分重要負(fù)荷的供電 , 能夠發(fā)揮出 DER 在提高供電可靠性方面的作用。微網(wǎng)僅在 PCC 點(diǎn)與大電網(wǎng)連接 , 避免了多個 DER 與大電網(wǎng)直接連接。通過合理地設(shè)計(jì) , 可使微網(wǎng)中 DER 主要用于區(qū)域內(nèi)部負(fù)荷的供電 , 做到不向外輸送或輸送很小的功率 , 使得大電網(wǎng)可以不考慮其功率輸出的影響 , 繼續(xù)采用即接即忘的并網(wǎng)方法。這樣 , 就較好地解決了 DER 大量接入與不改變配電網(wǎng)現(xiàn)有保護(hù)控制方式之間的矛盾。 智能微網(wǎng)信息交互關(guān)系如圖： 就微網(wǎng)本身來說 , 它是一個有源網(wǎng)絡(luò) , 需要解決功率平衡、穩(wěn)定控制、電壓調(diào)整、繼電保護(hù)等一系列問題。智能微網(wǎng)具備以下特點(diǎn) :（ 1）實(shí)現(xiàn)真正的自治 。（ 2）提供高可靠性電能 。（ 3）滿足用戶多樣化的需求 。（ 4）更有效利用分布式能源 , 尤其是可再生能源 。（ 5）實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化 。（ 6）實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益最大化。微網(wǎng)技術(shù)還在研究發(fā)展之中 , 是智能配電網(wǎng)的重要研究內(nèi)容。 二、虛擬發(fā)電廠技術(shù) 虛擬發(fā)電廠 ( Virtual Power Plant, VPP) 技術(shù)是將配電網(wǎng)中分散安裝的 DER 通過技術(shù)支撐平臺實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度并將其等效為一個發(fā)電區(qū) , 實(shí)現(xiàn)分布式電源大量并網(wǎng) , 達(dá)到 DER 的優(yōu)化利用、降低電網(wǎng)峰值負(fù)荷、提高供電可靠性的目的。 VPP 的調(diào)度對象主要是可隨時啟動并且功率可調(diào)節(jié)的 DER, 如熱電聯(lián)產(chǎn)微型燃?xì)廨啓C(jī)、應(yīng)急供電柴油發(fā)電機(jī)組以及各種 DES 等。對于風(fēng)能、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電來說 , 其輸出具有不確定性 , 且一般需要在具備條件時讓其足額發(fā)電 , 因此不能對其進(jìn)行有效地調(diào)度。實(shí)施 VPP 要有配網(wǎng)自動化系統(tǒng)( DAS) 作為技術(shù)支撐平臺。 VPP 是 DAS 的一個高級應(yīng)用功能。 DAS 需要采集、處理分布式電源的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù) , 并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)節(jié)、控制。除技術(shù)問題外 , 實(shí)施 VPP 還涉及電價、政策法規(guī)等一系列問題 , 目前處于研究探討階段 , 還缺少成熟的經(jīng)驗(yàn)。 返回第三章目錄 第四章 互動功能與高級量測體系 ?第一節(jié)智能配電網(wǎng)的互動功能 ?第二節(jié)高級量測體系 (AMI) 除支持分布式電源的大量接入外，智能配電網(wǎng)SDG不同于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的另一個關(guān)鍵特征，是能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶的互動，使用戶由被動的電力消費(fèi)者變?yōu)殡娋W(wǎng)運(yùn)行管理的積極參與者，而高級量測體系（ AMI）是支持 SDG互動功能的關(guān)鍵技術(shù)。 第一節(jié) 智能配電網(wǎng)的互動功能 一、用電信息的互動 用電信息的互動指的是采用現(xiàn)代通信與信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用電信息在供電企業(yè)與用戶之間的即時交換。用電信息主要包括：智能電表采集的負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)（電量，有功，無功，電壓，電流，停電報警，電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)）；向用戶側(cè)發(fā)布的需求側(cè)響應(yīng)（實(shí)時電價，負(fù)荷通斷，用戶自備的 DER調(diào)度控制命令）；用戶服務(wù)信息（電費(fèi)，用電查詢，停電投訴）。 用電信息的全面互動對供電企業(yè)和用戶的好處有： （ 1）提供更加方便快捷的繳費(fèi)、停電投訴、用電查詢等用戶服務(wù)。 （ 2）避免人工抄表引起的錯抄、漏抄現(xiàn)象。 （ 3）提高用電管理效率，減少管理成本。 （ 4）支持需求側(cè)響應(yīng)，節(jié)省電費(fèi) （ 5）用戶停電警報的及時上傳是供電企業(yè)能夠及時檢測出故障元件與停電范圍，縮短故障處理時間。 （ 6）使供電企業(yè)掌握完整的負(fù)荷信息，對電網(wǎng)供電可靠性、電能質(zhì)量與線損進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)分析，提高供電質(zhì)量與電網(wǎng)運(yùn)行效率。 在實(shí)際工程應(yīng)用中，供電企業(yè)通過高級量測體系（ AMI）、客戶信息系統(tǒng)（ CIS）、電話投訴管理系統(tǒng)（ TCM）這三套自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與用戶之間用電信息的互動。 AMI用于采集處理負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)并發(fā)布需求側(cè)響應(yīng)控制命令； CIS供用戶在網(wǎng)上進(jìn)行繳納電費(fèi)、用電查詢、停電投訴等操作；TCM系統(tǒng)為用戶提供電話呼叫服務(wù)。 二、需求側(cè)響應(yīng) 需求側(cè)響應(yīng)（ DR）是指用戶根據(jù)電價信號或獎勵措施調(diào)整用電時間、用電量及用電方式，并應(yīng)用自備 DER發(fā)電的市場參與行為。 DR使用的電價信號有分時電價、實(shí)時電價、尖峰電價等。獎勵措施包括直接負(fù)荷控制、需求側(cè)競價、容量市場計(jì)劃、輔助服務(wù)計(jì)劃等。用戶的 DER可以在低電價時儲能，在高電價時發(fā)電自用或向電網(wǎng)送電。 DR的主要作用是： ? 在電力系統(tǒng)因故障或負(fù)荷突增出現(xiàn)功率缺額時，減少用電，防止電網(wǎng)出現(xiàn)穩(wěn)定破壞事故，提高供電可靠性。 ? 平滑負(fù)荷曲線，提高電網(wǎng)負(fù)荷率。 ? 優(yōu)化電能利用，節(jié)省用戶電費(fèi)支出。 ? 參與電網(wǎng)互動，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行。 第二節(jié) 高級量測體系 (AMI) 高級量測體系是一個采集處理用戶負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行 DR控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它的主要組成