智能微網(wǎng)與柔性配網(wǎng)相關(guān)技術(shù)探討

黃炎培

泉州市寶洲電力建設(shè)有限公司

引言：

柔性配電網(wǎng)主要利用先進(jìn)的電子電力技術(shù)，升級(jí)改造傳統(tǒng)式配電網(wǎng)得到的產(chǎn)物。電力電子的裝置具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力、較快的控制速度和多樣化的控制對(duì)象，借助這些特點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)系統(tǒng)潮流、無功分布的狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行改變，從而使配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的潛力、可控性和可靠性都得到有效提升。

1 .智能微網(wǎng)的內(nèi)涵

為將分布式發(fā)電優(yōu)勢(shì)有效整合，盡可能降低分布式發(fā)電沖擊電網(wǎng)，并造成負(fù)面影響，中國(guó)電氣可靠性技術(shù)解決方案聯(lián)合體提出了微電網(wǎng)，這一組織形式能夠?qū)⒎植际桨l(fā)電的潛能更好發(fā)揮出來。微電網(wǎng)被定義成微能源與一組負(fù)荷的集合，能以單個(gè)系統(tǒng)方式來運(yùn)行，供給電與熱?；締挝话素?fù)荷、管理系統(tǒng)、蓄能裝置和微能源。

微電網(wǎng)屬于供能系統(tǒng)并且是可以控制的。能與大電網(wǎng)平滑連接，也可以獨(dú)立運(yùn)行。在微網(wǎng)中有多樣化轉(zhuǎn)換能源的設(shè)備，包括了很多電力電子的有關(guān)裝置、大量?jī)?chǔ)能的裝置，只有在并網(wǎng)的時(shí)候才能運(yùn)行，同時(shí)也獨(dú)立運(yùn)行，和大電網(wǎng)之間互相作用，其行為非常復(fù)雜。

2 .應(yīng)用智能微網(wǎng)的場(chǎng)景和模式

2.1 并網(wǎng)運(yùn)行的模式

智能微網(wǎng)和大電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)并列就屬于并網(wǎng)模式，通過合理調(diào)度微電網(wǎng)內(nèi)部的分布能源，對(duì)微電網(wǎng)與外網(wǎng)關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部資源設(shè)備的合理化應(yīng)用，并且達(dá)到微電網(wǎng)為上層電網(wǎng)提供一些輔助服務(wù)的目的。這種狀態(tài)中，微電網(wǎng)相對(duì)于大電網(wǎng)而言可以看成是可以控制的符合或者電源，調(diào)度電網(wǎng)中心需要調(diào)節(jié)微電網(wǎng)發(fā)電曲線或負(fù)荷。

2.2 離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的模式

微電網(wǎng)和大電網(wǎng)在解裂的狀態(tài)下運(yùn)行，就是離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的模式，微電網(wǎng)主要借助自身主電源構(gòu)建自身頻率和電壓[1]。微電網(wǎng)中管理能量的系統(tǒng)通過管理儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電和充電，對(duì)分布式電源例如柴油發(fā)電機(jī)、燃料電池等的負(fù)荷側(cè)控制、出力調(diào)度等進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證平衡微電網(wǎng)中的需求和實(shí)際發(fā)電，避免儲(chǔ)能電池過放和過充，確保微電網(wǎng)能穩(wěn)定地長(zhǎng)期運(yùn)行下去。微電網(wǎng)的離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行模式在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，比如關(guān)鍵軍事區(qū)的供電、海島地區(qū)供電、偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電等，也可能用作后備電源，在大電網(wǎng)出現(xiàn)停電的時(shí)候提供短時(shí)供電。

2.3 并離網(wǎng)的切換過程

假如外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障或者微電網(wǎng)要主動(dòng)離網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，微電網(wǎng)能將開管網(wǎng)的開關(guān)迅速斷開，從而脫離外部電網(wǎng)，進(jìn)入離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的模式。在外部電網(wǎng)重新恢復(fù)正常供電或者微電網(wǎng)要主動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)候，微電網(wǎng)要重新并入到外部電網(wǎng)中。微電網(wǎng)主動(dòng)脫離或主動(dòng)并入外部電網(wǎng)的過程就是微電網(wǎng)并離網(wǎng)的切換過程。在確保微電網(wǎng)可靠供電、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵性內(nèi)容就是微電網(wǎng)主動(dòng)并離網(wǎng)的切換過程。微電網(wǎng)的并離網(wǎng)切換依據(jù)需不需要停電，可以劃分成不停電無縫切換、短時(shí)停電有縫切換。

3 .柔性配電網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用

借助電力電子的裝置當(dāng)做聯(lián)絡(luò)饋線的開關(guān)或者是可以將其稱作軟開關(guān)點(diǎn)，簡(jiǎn)稱為SOP，在建立柔性配電網(wǎng)之后，能快速、精準(zhǔn)地對(duì)饋線間功率流動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)網(wǎng)絡(luò)潮流的分布實(shí)施有效控制，從而達(dá)到控制多種系統(tǒng)的目標(biāo)。

3.1 提高接入分布式電源的能力

在實(shí)踐應(yīng)用中，分布式的新能源特別是分布式的光伏逐漸增多，代表了應(yīng)用新能源的未來。一些研究證明，在配電網(wǎng)中介入分布光伏的發(fā)電裝置后，會(huì)增加接入點(diǎn)和有關(guān)局部線路之間的電壓，導(dǎo)致配電網(wǎng)內(nèi)的局部電壓出現(xiàn)越限問題。電壓的增加幅度和接入位置、光伏發(fā)電的出力、用戶負(fù)荷的大小、線路參數(shù)有密切的關(guān)系。因影響因素有頻繁的變化，導(dǎo)致其治理復(fù)雜化，分布式的新能源想要提升滲透率就是受到極大限制[2]。出現(xiàn)這些問題的本質(zhì)原因是新能源和就地負(fù)荷之間達(dá)不到匹配，通過將電力電子的接口裝置借入，能對(duì)各個(gè)饋線之間和接入點(diǎn)中分段母線之間存在的潮流分布進(jìn)行有效調(diào)整，防止出現(xiàn)電壓越限的問題，使分布式電源滲透率得到有效提升，提供了廣泛應(yīng)用分布式光伏的可能性。

3.2 提高配電設(shè)備的利用率

智能配電網(wǎng)有豐富的負(fù)荷類型，其空間和時(shí)間分布出現(xiàn)動(dòng)態(tài)的不平衡性，在不同饋線潮流之間有可能存在較大差異。在總體電壓系統(tǒng)有充足配電容量的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致局部饋線超載，不得不升級(jí)改造設(shè)備或者是超載運(yùn)行，存在較大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。通過接入SOP的開關(guān)、傳統(tǒng)開關(guān)的開閉、饋線間的無開關(guān)等狀況中，兩條饋線負(fù)荷情況進(jìn)行比較。借助傳統(tǒng)母聯(lián)的開關(guān)方式，饋線過載的問題能得到一定解決，但也僅僅能將部分問題解決，依然存在饋線間不平衡的問題。通過將電力電子的接口裝置加裝上，能實(shí)現(xiàn)饋線間負(fù)荷的完全平衡，盡可能降低運(yùn)行過載的風(fēng)險(xiǎn)，有效提升利用配電設(shè)備的效率。

3.3 配網(wǎng)運(yùn)行的損耗得到有效降低

現(xiàn)代化電網(wǎng)符合越發(fā)復(fù)雜化，其動(dòng)態(tài)波動(dòng)性也更強(qiáng)，并且接入大量的分布式能源，導(dǎo)致潮流變換越發(fā)復(fù)雜化，無法預(yù)測(cè)和控制分布的不均勻性，出現(xiàn)越來越多的網(wǎng)損問題。通過將SOP裝置加裝到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置，設(shè)定優(yōu)化潮流分布、降低流動(dòng)路徑的目標(biāo)，從而對(duì)饋線間潮流分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)，大大減少饋線上發(fā)生的損耗，盡管將SOP自身損耗考慮在內(nèi)，在很多工況中綜合效率依然較高，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3.4 緊急情況下的供電

在配電網(wǎng)中有復(fù)雜的工況，會(huì)頻繁發(fā)生故障。通過對(duì)開關(guān)的倉常規(guī)化聯(lián)絡(luò)，在清除故障之后能對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施重新建構(gòu)，從而恢復(fù)正常供電。然而因機(jī)械式開關(guān)開合需要一定的時(shí)間，因此一定會(huì)有段時(shí)間的停電情況。通過SOP裝置的加裝，配網(wǎng)的一些饋線在出現(xiàn)故障之后，能迅速恢復(fù)饋線的正常供電，在與快速開關(guān)比如電子開關(guān)配合的情況下，甚至能達(dá)到不間斷供電。要想實(shí)現(xiàn)這樣的功能，其設(shè)備容量和成本比較高，不過針對(duì)一些核心的關(guān)鍵負(fù)荷，有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 .結(jié)語

智能微網(wǎng)和柔性配電網(wǎng)的應(yīng)用能夠有效提升電網(wǎng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性，應(yīng)該得到推廣和應(yīng)用。在各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的時(shí)期，要積極升級(jí)和改善電網(wǎng)系統(tǒng)，為人們提供更好的電力服務(wù)。

[1]秦紅霞，王成山，劉樹，等.智能微網(wǎng)與柔性配網(wǎng)相關(guān)技術(shù)探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44(20)：17-23.