分布式能源接入對(duì)電網(wǎng)調(diào)度影響研究

王 琦，關(guān)添升

(1.東北電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春 130000；2.吉林省電力培訓(xùn)中心，長(zhǎng)春130000)

分布式能源接入對(duì)電網(wǎng)調(diào)度影響研究

王 琦1，關(guān)添升2

(1.東北電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春 130000；2.吉林省電力培訓(xùn)中心，長(zhǎng)春130000)

分布式發(fā)電作為技術(shù)最成熟的新能源利用方式之一，在國家的大力支持下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)五年翻番的快速增長(zhǎng)。但隨著我國分布式發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大，特別是局部地區(qū)分布式發(fā)電裝機(jī)占系統(tǒng)負(fù)荷的比重增大，大規(guī)模集中式分布式發(fā)電開發(fā)潛藏的一些技術(shù)和管理方面的問題和矛盾日益顯現(xiàn)，主要包括分布式發(fā)電消納和安全等方面。文中主要研究分布式發(fā)電對(duì)調(diào)度運(yùn)行的影響。探索分布式發(fā)電調(diào)度模式分層調(diào)度結(jié)構(gòu)研究，有效提升電網(wǎng)對(duì)分散分布式發(fā)電的接納能力。

分布式能源；消納；電網(wǎng)調(diào)度

0 引 言

在含分布式能源的配電網(wǎng)規(guī)劃中，按決策變量的類型可以分為單一分布式能源規(guī)劃和分布式能源與配電網(wǎng)架的綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃[1-2]。單一規(guī)劃是在不改變系統(tǒng)饋線和變電站配置的情況下，對(duì)分布式能源的安裝位置和容量進(jìn)行優(yōu)化；綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃則是分布式能源與配電變電站或饋線等設(shè)備的整體規(guī)劃，是一種配電網(wǎng)全局優(yōu)化。

我國風(fēng)能資源分布呈現(xiàn)顯著不均衡特點(diǎn)，絕大部分陸地風(fēng)資源集中在三北地區(qū)，導(dǎo)致我國分布式發(fā)電分布較為集中，大規(guī)模集中式分布式發(fā)電開發(fā)成為我國分布式發(fā)電發(fā)展的主要方式。但是，隨著我國發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大，特別是局部地區(qū)分布式發(fā)電裝機(jī)占系統(tǒng)負(fù)荷的比重增大，大規(guī)模集中式分布式發(fā)電開發(fā)潛藏的一些技術(shù)和管理方面的問題和矛盾日益顯現(xiàn)，主要包括分布式發(fā)電消納和安全等方面。

1 分布式風(fēng)力發(fā)電接入對(duì)調(diào)度運(yùn)行的影響

1.1 分布式發(fā)電對(duì)線路潮流和網(wǎng)絡(luò)損耗的影響

分布式電源接入電網(wǎng)的準(zhǔn)入容量與其接入位置、接入電網(wǎng)負(fù)荷水平與分布特性、接入電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與阻抗、變壓器抽頭位置等具有密切關(guān)系[3]。為了研究論證在風(fēng)力資源相對(duì)豐富的配電網(wǎng)區(qū)域分散安裝適量分布式發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)降低配電網(wǎng)網(wǎng)損，改善系統(tǒng)電壓水平，以典型10 kV網(wǎng)絡(luò)為例，進(jìn)行了不同位置處準(zhǔn)入容量的解析與仿真計(jì)算，通過對(duì)IEEE33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)建模和計(jì)算可以得到網(wǎng)損隨接入分布式發(fā)電容量的變化示意見表1。

表1 33節(jié)點(diǎn)10 kV配電網(wǎng)接入分布式發(fā)電前后網(wǎng)損變化 (MW，MVar)

1.2 分布式發(fā)電并網(wǎng)影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力

由于分布式發(fā)電出力具有波動(dòng)性，分布式發(fā)電增加的發(fā)電能力并不能減少旋轉(zhuǎn)機(jī)組的備用量，相反電網(wǎng)必須為分布式發(fā)電場(chǎng)準(zhǔn)備大量的旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組來解決其出力波動(dòng)性的問題，使得常規(guī)機(jī)組保持在較低的效率水平[4]。從本質(zhì)上講，在用電負(fù)荷一定的前提下，分布式發(fā)電并網(wǎng)，相當(dāng)于降低常規(guī)可控機(jī)組的出力，使用不可控的間歇電源。系統(tǒng)供電電源中，可以調(diào)節(jié)的比例降低了。在冬季存在調(diào)峰難問題的東北三省，如若系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不變，隨著分布式發(fā)電的接入，問題將更加明顯。

1.3 分布式發(fā)電對(duì)系統(tǒng)電壓的影響

像風(fēng)電和太陽能發(fā)電等分布式發(fā)電功率的波動(dòng)和分布式發(fā)電機(jī)組的頻繁啟停；功率的變化將會(huì)使電網(wǎng)頻率在一定范圍波動(dòng)，影響電網(wǎng)中頻率敏感負(fù)荷的正常工作。分布式發(fā)電功率的波動(dòng)勢(shì)必會(huì)引起電壓的變化。另外，分布式發(fā)電機(jī)組中的電力電子控制裝置如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)向電網(wǎng)注入諧波電流，引起電壓波形發(fā)生不可接受的畸變，并可能引發(fā)由諧振帶來的潛在問題。

1.4 分布式發(fā)電對(duì)電能質(zhì)量的影響

分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)后，會(huì)引入各種擾動(dòng)，從而對(duì)系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響[5]。其影響主要有2個(gè)方面。

(1)電壓閃爍。分布式發(fā)電在下列情況下可能直接或間接引起電壓閃爍:①大型分布式發(fā)電系統(tǒng)啟動(dòng)；②分布式發(fā)電輸出突然變化或發(fā)生較大變化;③分布式發(fā)電和反饋環(huán)節(jié)的電壓控制設(shè)備相互影響。

(2)諧波。分布式發(fā)電在下列情況下可能引入諧波:①分布式電源本身就是一個(gè)諧波源；②分布式發(fā)電經(jīng)基于電力電子技術(shù)的逆變器接入配電網(wǎng)。

2 分布式發(fā)電調(diào)度模式探索

2.1 虛擬發(fā)電廠與調(diào)度場(chǎng)景

虛擬發(fā)電廠(VPP，Virtual Power Plant)是將分布式電源(DER)、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過虛擬電廠的控制中心，合并作為一個(gè)特別的電廠參與電網(wǎng)運(yùn)行。在虛擬電廠中，每一部分均與控制中心相連，通過智能電網(wǎng)的雙向信息傳送，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度協(xié)調(diào)機(jī)端潮流、受端負(fù)荷以及儲(chǔ)能系統(tǒng)，以達(dá)到降低發(fā)電損耗、減少溫室氣體排放、優(yōu)化資源利用、降低電網(wǎng)峰值負(fù)荷和提高供電可靠性的目的。調(diào)度場(chǎng)景可以歸納為四種，如圖1所示。

圖1 分布式發(fā)電接入調(diào)度的4種場(chǎng)景

場(chǎng)景①：?jiǎn)我环植际桨l(fā)電場(chǎng)接入。

采用相對(duì)集中開發(fā)，具有統(tǒng)一的變電站和控制中心，可直接借鑒大規(guī)模分布式發(fā)電場(chǎng)的管理和調(diào)度模式。

場(chǎng)景②：多個(gè)分布式發(fā)電場(chǎng)單點(diǎn)接入。

每條配電線路上分散T接入幾臺(tái)分布式發(fā)電機(jī)組，機(jī)組分處于不同的區(qū)域，每臺(tái)機(jī)組獨(dú)立運(yùn)行但最終所有分布式發(fā)電機(jī)組擁有一個(gè)公共接入點(diǎn)。

場(chǎng)景③：多個(gè)分布式發(fā)電場(chǎng)多點(diǎn)接入。

多個(gè)分布式發(fā)電場(chǎng)各自擁有獨(dú)立的升壓站和控制中心，分別接入位于不同區(qū)域的公共電網(wǎng)。各分布式發(fā)電場(chǎng)可以屬于不同的業(yè)主(發(fā)電集團(tuán))，但由獨(dú)立的集總商(Aggregator)建立商業(yè)虛擬電廠(cVPP)，進(jìn)入統(tǒng)一的電力市場(chǎng)。

場(chǎng)景④：多個(gè)分布式發(fā)電場(chǎng)聚合接入

類似于場(chǎng)景③，但在更高電壓等級(jí)處，所有分散的分布式發(fā)電場(chǎng)擁有公共的電氣接入點(diǎn)；各分布式發(fā)電場(chǎng)可以屬于不同的業(yè)主(發(fā)電集團(tuán))；有獨(dú)立的集總商(Aggregator)建立技術(shù)虛擬電廠(tVPP)，以便向上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)提供統(tǒng)一控制接口。

2.2 分布式發(fā)電接入的分層調(diào)度結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述場(chǎng)景分析，本報(bào)告形成分布式發(fā)電接入的分層調(diào)度結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖中，水平方向?yàn)殡妷旱燃?jí)層次，依次為分布式發(fā)電場(chǎng)、配電網(wǎng)、高壓大電網(wǎng)；垂直方向?yàn)檎{(diào)度控制層次，依次為機(jī)組控制、分布式發(fā)電場(chǎng)控制和電網(wǎng)調(diào)度控制。

對(duì)于場(chǎng)景①、②，不需要虛擬電廠控制(VPP)環(huán)節(jié)，分布式發(fā)電場(chǎng)通過SCADA系統(tǒng)接入配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)；

對(duì)于場(chǎng)景③、④，各分布式發(fā)電場(chǎng)的SCADA都需接入虛擬發(fā)電廠，然后以商業(yè)VPP或技術(shù)VPP方式統(tǒng)一接入配電網(wǎng)。

圖2 分布式發(fā)電接入的分層調(diào)度結(jié)構(gòu)

3 分布式電源孤島現(xiàn)象的影響

分布式電源孤島運(yùn)行的主要危險(xiǎn)來自于異相重合閘。許多配電線路裝有自動(dòng)重合閘裝置，異相開斷造成的電網(wǎng)電壓不同相接入定速風(fēng)機(jī)就會(huì)在電機(jī)中引起非常大的電流和轉(zhuǎn)矩，因而需要快速孤島保護(hù)。另外，一旦重合閘引起供電中斷，分布式能源就會(huì)變?yōu)楠?dú)立運(yùn)行[6-7]。并且在脫網(wǎng)情況下，如果沒有特定的控制策略，可能會(huì)向電網(wǎng)提供異常頻率的電流和電壓。因而一旦產(chǎn)生孤島，需要能夠快速檢出并協(xié)調(diào)進(jìn)行快速切除，同時(shí)盡可能保證區(qū)域負(fù)荷供電。因此，分散分布式發(fā)電機(jī)組必須帶有孤島檢測(cè)功能。

4 結(jié)束語

分布式電源大多位于負(fù)荷中心附近，裝機(jī)規(guī)模小，不以大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送電力為目的，所產(chǎn)生的電力就近接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)進(jìn)行消納的分布式發(fā)電。文中系統(tǒng)的分析了分布式能源對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的影響，主要研究了分布式發(fā)電對(duì)調(diào)度運(yùn)行的影響，并對(duì)分布式發(fā)電調(diào)度模式探索方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，基于四種場(chǎng)景虛擬機(jī)分層調(diào)度結(jié)構(gòu)的探索，并對(duì)分布式能源孤島運(yùn)行時(shí)的影響進(jìn)行分析。

[1] 李 鵬,郭曉斌,許愛東,等.用戶側(cè)微電網(wǎng)的特征及關(guān)鍵技術(shù)[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2015(4).

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Study on the Effect of Distributed Energy Access to Power Grid Scheduling

WANG Qi1,GUAN Tian-sheng2

(1.Northeast Electric Power Design Institute,Changchun 130000，China；2.Jilin Electric Power Training Center,Changchun 130000,China)

Distributed generation, as one of the most mature technology, is one of the most mature new energy uses, and has achieved a rapid growth of five years in the country. But with the expansion of installed capacity of distributed generation in China, especially locally distributed power generation installed for system load proportion increases, the potential development of large-scale centralized distributed generation technologies and management problems and contradictions have become increasingly apparent, mainly including the distribution type power consumptive and security. This paper mainly studies the effect of distributed generation on the scheduling operation. Study on the hierarchical scheduling structure of distributed generation scheduling model, effectively improve the power grid's acceptance ability of distributed generation.

Distributed energy consumption; Power dispatching

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.12.014

2015-10-28

2015-11-11

關(guān)添升(1985-)，女，吉林吉林人，碩士研究生，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。

TM712

B

1009-3230(2015)12-0042-03