2017年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議都柏林研討會(huì)報(bào)道體驗(yàn)未來(lái)的電力系統(tǒng)

閆麗霞, 劉 東, 陳冠宏, 徐曉春, 王建春

(1. 電力傳輸與功率變換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院, 上海市 200240; 2. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司淮安供電分公司, 江蘇省淮安市 223001)

0 引言

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)成立于1921年,是一個(gè)國(guó)際性大型非營(yíng)利電力系統(tǒng)委員會(huì),旨在通過(guò)分享知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)促進(jìn)世界各地的專家相互合作。CIGRE的使命是“成為世界一流的電力系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)參考組織”。CIGRE目前有16個(gè)研究委員會(huì),如附錄A圖A1所示。CIGRE共匯集了3 500多名專家一起參與結(jié)構(gòu)化工作,主要目標(biāo)是設(shè)計(jì)和部署未來(lái)的電力系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)靈活的信息交互,優(yōu)化現(xiàn)有電力系統(tǒng)設(shè)備及運(yùn)行模式,確保環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

在奇數(shù)年,CIGRE在不同國(guó)家針對(duì)特定主題舉辦研討會(huì)。2017年5月29日至2017年6月2日,CIGRE都柏林研討會(huì)在愛(ài)爾蘭都柏林圣三一學(xué)院舉行。本次會(huì)議由國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議愛(ài)爾蘭國(guó)家委員會(huì)聯(lián)合其他6個(gè)研究委員會(huì)主辦,會(huì)議主題為“今天,體驗(yàn)未來(lái)的電力系統(tǒng)”,重點(diǎn)關(guān)注世界各地的電力市場(chǎng)體系在設(shè)計(jì)、建立和運(yùn)作方面的新技術(shù)和新概念,吸引了來(lái)自42個(gè)國(guó)家的近500名代表參會(huì)。

本次會(huì)議以未來(lái)電力系統(tǒng)技術(shù)為探索目標(biāo),技術(shù)思想新穎,為未來(lái)電力系統(tǒng)指明了新的發(fā)展方向,將引領(lǐng)未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和時(shí)代潮流。

1 會(huì)議主旨報(bào)告介紹

2017年5月31日上午,CIGRE都柏林研討會(huì)正式開(kāi)幕。會(huì)議組委會(huì)主席Marie Hayden致歡迎詞,CIGRE主席Rob Stephen進(jìn)行了“未來(lái)的電力供應(yīng)系統(tǒng)”的主題報(bào)告。Rob Stephen對(duì)CIGRE的歷史、使命和研究委員會(huì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,并指出了未來(lái)電力系統(tǒng)的目的是提供滿足下列需求的電能:①供電高可靠性和安全性;②最經(jīng)濟(jì)的解決方案;③最佳環(huán)境保護(hù)。

目前電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)主要包括以下方面。

1)低碳、可再生能源和高效能源利用政策。

2)將可再生能源和分布式電源集成到電網(wǎng)中。

3)用戶參與增多、配電網(wǎng)新需求。

4)包括信息和通信技術(shù)在內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步。

5)壽命末期電網(wǎng)更新(老化資產(chǎn))。

6)連接未供電偏遠(yuǎn)地區(qū)的方法。

7)市場(chǎng)設(shè)計(jì)和監(jiān)管機(jī)制向公平、成本效益轉(zhuǎn)變。

8)環(huán)境順應(yīng)性與可持續(xù)性。

目前電力系統(tǒng)的兩大模式是:①大容量輸電網(wǎng)。大容量輸電網(wǎng)的重要性日益增大,能夠連接負(fù)荷區(qū)域和包括海上的大型集中可再生資源,在國(guó)家和能源市場(chǎng)之間提供更多互聯(lián);②小規(guī)模分散式配電網(wǎng)。小規(guī)模、基本獨(dú)立的配電網(wǎng)集群的出現(xiàn),包括分布式本地發(fā)電、儲(chǔ)能和用戶積極參與、智能管理,使其作為主動(dòng)電網(wǎng)提供本地有功和無(wú)功支持。

CIGRE指出,在未來(lái)應(yīng)當(dāng)盡可能實(shí)現(xiàn)兩種模式的結(jié)合。為此,CIGRE正在努力推動(dòng)電力系統(tǒng)在10個(gè)方向上的轉(zhuǎn)變,具體為:主動(dòng)配電網(wǎng)、海量信息交換、高壓直流輸電與電力電子設(shè)備的集成、海量信息存儲(chǔ)、新系統(tǒng)操作/控制、電力系統(tǒng)保護(hù)新概念、電力系統(tǒng)規(guī)劃新概念、提升技術(shù)性能的新工具、提高現(xiàn)有路線利用率、提升利益攸關(guān)方的認(rèn)知。

本次CIGRE研討會(huì)共錄用了來(lái)自26個(gè)國(guó)家的94篇論文,于5月31至6月1日兩天時(shí)間內(nèi)安排了14場(chǎng)開(kāi)放式主題技術(shù)報(bào)告會(huì)議,如表1所示。

表1 主題報(bào)告會(huì)議列表Table 1 List of topic report session

作者作為報(bào)告人參加了本次會(huì)議,本文就本次CIGRE研討會(huì)主題報(bào)告涵蓋的論文內(nèi)容及現(xiàn)場(chǎng)交流所反映的技術(shù)熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行介紹,并結(jié)合中國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究現(xiàn)狀,總結(jié)當(dāng)前電力系統(tǒng)領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)和熱點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題,供學(xué)術(shù)研究參考。根據(jù)研究?jī)?nèi)容相關(guān)性,本文對(duì)14場(chǎng)主題報(bào)告會(huì)進(jìn)行了分類與歸并,按照五大主題分別進(jìn)行介紹,具體為:自適應(yīng)市場(chǎng)設(shè)計(jì)(含主題報(bào)告會(huì)1和8)、基于資源與技術(shù)變化組合的電力系統(tǒng)技術(shù)性能(含主題報(bào)告會(huì)2,9,11和14)、DSO和TSO之間的協(xié)調(diào)(含主題報(bào)告會(huì)3,12和13)、輸配電網(wǎng)絡(luò)(含主題報(bào)告會(huì)4和5)、電力系統(tǒng)改進(jìn)(含主題報(bào)告會(huì)6,7和10)。

2 自適應(yīng)市場(chǎng)設(shè)計(jì)

自適應(yīng)市場(chǎng)設(shè)計(jì)(adaptable market designs)是本次會(huì)議提出的一個(gè)核心討論主題,重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)創(chuàng)新、需求側(cè)參與,以及創(chuàng)新的電力市場(chǎng)規(guī)則、設(shè)計(jì)和政策兩個(gè)方面。

2.1 吸引技術(shù)創(chuàng)新和需求側(cè)參與的自適應(yīng)市場(chǎng)設(shè)計(jì)

本部分主要討論了在未來(lái)的電力市場(chǎng)模式下,如何吸引新穎的智能家居、智能控制等創(chuàng)新技術(shù)參與到電力市場(chǎng)優(yōu)化調(diào)控中,以及在考慮用戶需求側(cè)參與的互動(dòng)模式下,電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)如何積極利用用戶側(cè)資源,并對(duì)用戶需求響應(yīng)作出自適應(yīng)反饋與調(diào)整。來(lái)自日本、愛(ài)爾蘭、德國(guó)、中國(guó)的5位研究人員進(jìn)行了分享與交流。

論文012(日本)介紹了日本Nega-watt潛力評(píng)估示范工程的實(shí)施情況,建立了由幾個(gè)公用事業(yè)公司和聚合商提供的需求響應(yīng)平臺(tái),同時(shí)構(gòu)建了多區(qū)域自適應(yīng)、大規(guī)模的DR通信平臺(tái),包括TSO、DSO、負(fù)荷聚合商、消費(fèi)者四級(jí)通信架構(gòu)[1]。

論文013(愛(ài)爾蘭)講述了住宅需求側(cè)管理(DSM)項(xiàng)目——Power Off & Save (POS)。家庭的自動(dòng)化和遠(yuǎn)程能源控制,提高了電網(wǎng)調(diào)峰能力。大規(guī)模住宅DSM將協(xié)助可再生能源滿足電力需求,為高滲透率可再生能源的電力系統(tǒng)提供更多的靈活性[2]。

論文015(日本)介紹了日本規(guī)模最大的智能城市項(xiàng)目——Yokohama Smart City Project(YSCP)。該項(xiàng)目融合了居民家庭、樓房、工廠和電動(dòng)汽車的需求響應(yīng)。在樓房和工廠的需求響應(yīng)中,為了提供穩(wěn)定的負(fù)瓦特量,將其作為一個(gè)“Nega-watt聚合商”,根據(jù)用戶調(diào)節(jié)潛力,將能耗降低目標(biāo)分配給各個(gè)用戶[3]。

論文016(中國(guó))介紹了基于主動(dòng)配電網(wǎng)的智能家居能量管理系統(tǒng),該系統(tǒng)集家居控制、電量監(jiān)測(cè)、需求響應(yīng)、能量?jī)?yōu)化等功能于一體,以柔性負(fù)荷作為主要的需求響應(yīng)資源,提出了響應(yīng)實(shí)時(shí)電價(jià)和激勵(lì)合約的動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型。該智能家居系統(tǒng)已應(yīng)用于863計(jì)劃“集成可再生能源的主動(dòng)配電網(wǎng)研究及示范”示范區(qū),可以有效降低電網(wǎng)峰谷差,在考慮用戶舒適度的前提下降低用電支出,實(shí)現(xiàn)了用戶和電網(wǎng)雙贏[4]。

在用戶需求側(cè)參與的互動(dòng)模式下,通過(guò)用戶側(cè)手動(dòng)和自動(dòng)需求響應(yīng)能夠發(fā)揮需求側(cè)資源調(diào)節(jié)潛力,提高電力系統(tǒng)靈活性,在提高分布式能源滲透率、降低電網(wǎng)峰谷差以及增加系統(tǒng)調(diào)峰容量裕度方面具有較大潛力。用戶側(cè)調(diào)節(jié)具有資源分散、響應(yīng)不確定性較高、通信數(shù)據(jù)量大、管理復(fù)雜的特點(diǎn),負(fù)荷聚合商將分散用戶集中管理,有助于實(shí)現(xiàn)多區(qū)域大規(guī)模的需求響應(yīng),分層調(diào)節(jié)需求側(cè)資源。

2.2 創(chuàng)新的市場(chǎng)規(guī)則、設(shè)計(jì)和政策

本部分主要從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度出發(fā),關(guān)注分布式發(fā)電和需求側(cè)參與的電力系統(tǒng)中各國(guó)的市場(chǎng)規(guī)則和政策。來(lái)自愛(ài)爾蘭、美國(guó)、德國(guó)、泰國(guó)、沙特阿拉伯、法國(guó)的6位研究人員進(jìn)行了論文報(bào)告。

論文081(愛(ài)爾蘭)介紹了愛(ài)爾蘭配電網(wǎng)中可再生能源的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,研究了可再生能源對(duì)配電網(wǎng)管理的影響。愛(ài)爾蘭政府正在探索新的支持可再生能源的政策,可再生能源政策需要量化、在技術(shù)上得到證實(shí)、在經(jīng)濟(jì)上得到支持,從而推動(dòng)配電系統(tǒng)的發(fā)展。這將支持更大容量的、安全的可再生能源的有效供給,同時(shí)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)和搭便車行為等[5]。

論文082(美國(guó),澳大利亞,芬蘭,南非)提出了電力服務(wù)成本和零售費(fèi)率結(jié)構(gòu)調(diào)整的國(guó)際展望,CIGRE C5-16工作組在2014至2017年對(duì)13個(gè)國(guó)家/地區(qū)進(jìn)行了電力成本調(diào)查,統(tǒng)計(jì)了能源、網(wǎng)絡(luò)、稅收、公共利益四大類住宅電費(fèi)賬單組成[6]。

本部分從能源政策、市場(chǎng)和激勵(lì)設(shè)計(jì)以及電力服務(wù)費(fèi)用等方面分析了未來(lái)自適應(yīng)電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)模式,討論了政府政策和市場(chǎng)規(guī)律對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響。可以預(yù)知,未來(lái)的市場(chǎng)一體化將進(jìn)入可再生能源大容量有效供給、電力服務(wù)成本合理分配的“綠色電力”時(shí)代。目前中國(guó)電力市場(chǎng)化改革也已經(jīng)起步,電力市場(chǎng)正成為一個(gè)復(fù)雜的自適應(yīng)系統(tǒng)。未來(lái)將逐步探索發(fā)電商競(jìng)價(jià)交易、用戶側(cè)分時(shí)電價(jià)的新型運(yùn)營(yíng)模式。

3 基于資源與技術(shù)變化組合的電力系統(tǒng)技術(shù)性能

基于資源與技術(shù)變化組合的電力系統(tǒng)技術(shù)性能是本次會(huì)議重點(diǎn)關(guān)注的主題,四個(gè)分會(huì)分別聚焦頻率穩(wěn)定性、電力系統(tǒng)諧波、配電系統(tǒng)的技術(shù)性能和規(guī)劃以及間歇性發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響四個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。

3.1 頻率穩(wěn)定性

頻率穩(wěn)定性是影響電力系統(tǒng)電能質(zhì)量和運(yùn)行穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。本專題研究了智能負(fù)荷、可再生能源發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻的潛力,并討論了未來(lái)電力系統(tǒng)慣性損耗對(duì)頻率穩(wěn)定性的影響。來(lái)自加拿大、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)的7位學(xué)者進(jìn)行了論文報(bào)告。

論文021(加拿大)將分散智能電熱水器作為提供頻率響應(yīng)的資源,以負(fù)荷替代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)、引進(jìn)可再生能源、應(yīng)對(duì)電網(wǎng)慣性損耗為目標(biāo),利用智能負(fù)荷特性,討論了家用電熱水器參與頻率響應(yīng)的能力[7]。

論文022(美國(guó))對(duì)光伏電站提供一次頻率響應(yīng)進(jìn)行了研究,論證了光伏電站可以提供一次頻率響應(yīng),并且調(diào)節(jié)非常迅速,比傳統(tǒng)的火電廠響應(yīng)更快[8]。

論文024(德國(guó))研究了未來(lái)電力系統(tǒng)中的慣性損耗。隨著電網(wǎng)中可再生能源越來(lái)越多,現(xiàn)有的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)器(煤炭、核能和天然氣發(fā)電廠)逐步淘汰,慣性問(wèn)題上升成為未來(lái)最大的挑戰(zhàn)之一[9]。

未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是:可再生能源(風(fēng)力和光伏等)顯著增加,火電廠和核電廠由于環(huán)境政策退役并關(guān)閉。未來(lái)電力系統(tǒng)將面臨諸如短路功率、電網(wǎng)電壓?jiǎn)栴}以及整個(gè)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題,系統(tǒng)慣性降低,影響電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性。在電網(wǎng)突然不平衡的情況下,系統(tǒng)慣性非常重要。為了應(yīng)對(duì)電網(wǎng)慣性損耗,嘗試使用智能負(fù)荷和光伏發(fā)電廠提供頻率響應(yīng)、穩(wěn)頻器提供虛擬慣性作為替代方案。

3.2 電力系統(tǒng)諧波

諧波問(wèn)題受到電力系統(tǒng)條件和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行條件的強(qiáng)烈影響,因此必須仔細(xì)研究,為受影響的電力系統(tǒng)和風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部系統(tǒng)建立諧波水平。來(lái)自愛(ài)爾蘭、荷蘭、加拿大、英國(guó)的6位學(xué)者進(jìn)行了交流討論。

論文096(英國(guó))討論了海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的諧波規(guī)范,演示了風(fēng)電場(chǎng)諧波對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)和風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明,從風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)生的有源諧波輻射能傳播到上游并網(wǎng)點(diǎn),在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部系統(tǒng)也有體現(xiàn)[10]。

論文098(愛(ài)爾蘭)講述了愛(ài)爾蘭風(fēng)電場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展。預(yù)計(jì)愛(ài)爾蘭全年能源需求的37%將由風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)提供。愛(ài)爾蘭的一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立,測(cè)試方法和測(cè)試流程已經(jīng)成熟。目前已經(jīng)在工業(yè)界進(jìn)行了廣泛應(yīng)用,并獲得了大量反饋[11]。

大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)高效消納清潔能源的有力舉措,但同時(shí)也顯著影響了電網(wǎng)諧波水平,使電網(wǎng)運(yùn)行面臨挑戰(zhàn)。針對(duì)此問(wèn)題,在可再生能源和新型技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的轉(zhuǎn)型時(shí)期,對(duì)諧波水平的網(wǎng)絡(luò)規(guī)則一致性和性能監(jiān)視有助于維持電力系統(tǒng)的安全性和可持續(xù)性。此外,為進(jìn)一步滿足技術(shù)、系統(tǒng)服務(wù)和系統(tǒng)業(yè)務(wù)的未來(lái)發(fā)展需求,還需要尋求更多靈活和創(chuàng)新的方法來(lái)抑制諧波問(wèn)題。

3.3 配電系統(tǒng)的技術(shù)性能和規(guī)劃

來(lái)自日本、愛(ài)爾蘭、德國(guó)、法國(guó)的6位學(xué)者進(jìn)行了配電系統(tǒng)的技術(shù)性能探討。

論文111(日本)利用大功率光伏發(fā)電和智能電表數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)中壓配電網(wǎng)調(diào)壓,提出調(diào)壓能力的提高依賴于先進(jìn)的系統(tǒng)電壓狀態(tài)估計(jì)和改進(jìn)的電壓調(diào)整策略,為了應(yīng)對(duì)白天和夜晚光伏輸出功率的偏差,新研發(fā)的調(diào)壓裝置能夠每30 min設(shè)定目標(biāo)電壓[12]。

論文114(德國(guó))分析了蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提供參與輔助調(diào)頻服務(wù)場(chǎng)景下的概率潮流,研究了蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)潮流、節(jié)點(diǎn)電壓、電網(wǎng)設(shè)備(如電力電纜、變壓器等)的影響。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可用于提高自給率,通過(guò)集中提供調(diào)頻儲(chǔ)備,促進(jìn)局部電壓控制[13]。

配電網(wǎng)中大量分布式電源接入帶來(lái)了節(jié)點(diǎn)電壓不穩(wěn)定、功率波動(dòng)等問(wèn)題,因此,配電調(diào)壓、無(wú)功規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。鑒于居民儲(chǔ)能系統(tǒng)和大規(guī)模蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量預(yù)計(jì)都將增加,各類型電網(wǎng)設(shè)備的總損耗也將顯著增大,而現(xiàn)階段研究成果對(duì)電力損耗帶來(lái)的影響還缺乏研究。因此未來(lái)還需對(duì)計(jì)及電網(wǎng)設(shè)備能量損耗時(shí),兩種類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的頻率和電壓影響開(kāi)展進(jìn)一步研究。

3.4 間歇性發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響

間歇性發(fā)電(variable-generation)對(duì)電力系統(tǒng)在機(jī)組組合、靈活性、溫室氣體減排、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面帶來(lái)了一定影響。來(lái)自日本、智利、加拿大、韓國(guó)、美國(guó)的5位學(xué)者進(jìn)行了論文報(bào)告。

論文141(日本)研究了未來(lái)電力系統(tǒng)可再生能源波動(dòng)導(dǎo)致可調(diào)度火電機(jī)組的頻繁機(jī)組組合問(wèn)題。集成光伏發(fā)電后,為了持續(xù)為居民負(fù)荷供電,啟動(dòng)—停止操作對(duì)將增加,可調(diào)度機(jī)組的頻繁機(jī)組組合將嚴(yán)重威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行[14]。

論文143(智利)評(píng)估了高滲透率間歇式可再生能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)靈活性的貢獻(xiàn)。抽水蓄能水電廠能夠平滑凈日負(fù)荷曲線,降低電力系統(tǒng)靈活性需求。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠參與一次頻率控制,由于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電力的快速部署,發(fā)電突發(fā)事件中頻率控制性能顯著提高[15]。

未來(lái)電力系統(tǒng)中可再生能源比例將大幅提高,可再生能源的間歇性和波動(dòng)性將導(dǎo)致可調(diào)度火電機(jī)組的頻繁機(jī)組組合問(wèn)題,不僅增加啟停成本,也將帶來(lái)電力系統(tǒng)的安全隱患。合理利用儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑可再生能源出力波動(dòng),能夠降低電力系統(tǒng)靈活性要求,提高在發(fā)電突發(fā)事件中的頻率控制性能。

4 DSO和TSO之間的協(xié)調(diào)

DSO和TSO之間的協(xié)調(diào)對(duì)于電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行具有重要意義,是本次研討會(huì)關(guān)注的重要主題之一,分為三個(gè)主題會(huì)議進(jìn)行討論。

4.1 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和電力系統(tǒng)控制

DSO和TSO的協(xié)調(diào)有助于電力系統(tǒng)優(yōu)化控制,包括配電網(wǎng)電壓控制、高壓電網(wǎng)無(wú)功調(diào)節(jié)等。來(lái)自愛(ài)爾蘭、德國(guó)、意大利、奧地利、西班牙的6位學(xué)者進(jìn)行了論文報(bào)告。

論文031(愛(ài)爾蘭)介紹了用于集群風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)到配電網(wǎng)的無(wú)功—電壓節(jié)點(diǎn)控制器,該控制器能夠在保證配電系統(tǒng)電壓和電流安全的前提下,實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的靈活傳輸;采用集中化和自動(dòng)化的控制策略,使得風(fēng)電提供盡可能多的無(wú)功功率支撐。節(jié)點(diǎn)控制器的操作包括手動(dòng)操作模式和自動(dòng)操作模式,控制風(fēng)電接入節(jié)點(diǎn)的無(wú)功注入和變壓器節(jié)點(diǎn)電壓[16]。

論文032(德國(guó))研究了本地虛擬電廠對(duì)高壓電網(wǎng)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力,通過(guò)控制分布式能源的逆變器來(lái)提供一定量的無(wú)功,提出了一種確定本地虛擬電廠(分布式能源聚合商)無(wú)功補(bǔ)償潛力的方法,得到虛擬電廠的最大無(wú)功補(bǔ)償能力,最小化無(wú)功傳輸量[17]。

分布式能源高滲透率是未來(lái)電力系統(tǒng)的一大特色,可供調(diào)度的傳統(tǒng)火電廠越來(lái)越少,輸電系統(tǒng)面臨無(wú)功功率缺額,期望風(fēng)電場(chǎng)提供無(wú)功功率支撐。無(wú)功—電壓節(jié)點(diǎn)控制器使得風(fēng)電無(wú)功功率安全通過(guò)配電網(wǎng)流入輸電網(wǎng),補(bǔ)償輸電系統(tǒng)無(wú)功功率缺額。虛擬電廠將分布式能源聚合管理,統(tǒng)一參與電力系統(tǒng)運(yùn)行,本地虛擬電廠提供無(wú)功功率為配電系統(tǒng)滿足輸電系統(tǒng)無(wú)功功率需求提供了一種可行途徑,有助于提供無(wú)功補(bǔ)償,穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)電壓。

4.2 TSO和DSO在電網(wǎng)投資規(guī)劃和運(yùn)行方面的改進(jìn)

來(lái)自阿曼蘇丹國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、加拿大、印度、巴西的6位學(xué)者進(jìn)行了論文報(bào)告,討論了TSO和DSO在網(wǎng)絡(luò)投資規(guī)劃和操作中的改進(jìn)。

論文123(德國(guó))提出了一種適用于實(shí)際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、考慮潮流控制裝置的輸電網(wǎng)擴(kuò)建方法。采用粒子群優(yōu)化求解輸電網(wǎng)擴(kuò)建問(wèn)題,開(kāi)發(fā)了粒子群優(yōu)化算法的幾種增強(qiáng)算法提高了解的質(zhì)量,采用并行實(shí)現(xiàn)大大縮短了計(jì)算時(shí)間[18]。

論文124(加拿大)利用直流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)清潔能源目標(biāo),介紹了一種覆蓋了加拿大四個(gè)省的直流電網(wǎng),用以實(shí)現(xiàn)跨省清潔能源共享,消納部分省富余的清潔能源以供給其他省的負(fù)荷。該直流電網(wǎng)還可以作為高比例可再生能源系統(tǒng)的后備功率支援[19]。

潮流控制裝置提供了高可控性的潮流,如高壓直流輸電、移相變壓器和柔性交流輸電系統(tǒng),允許對(duì)電網(wǎng)現(xiàn)有輸電能力進(jìn)行更高的利用,成為潛在的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展技術(shù)。直流電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同地理區(qū)域發(fā)電資源共享、互為備用,促進(jìn)清潔能源消納,減少溫室氣體排放,但是,直流電網(wǎng)技術(shù)目前仍面臨技術(shù)和管理方面的挑戰(zhàn)。

4.3 信息交互、調(diào)度員意識(shí)和培訓(xùn)

來(lái)自?shī)W地利、日本、巴西、愛(ài)爾蘭、德國(guó)的6位學(xué)者討論了DSO和TSO之間的信息交互過(guò)程以及由此帶來(lái)的電力系統(tǒng)控制系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)能力的改進(jìn)。

論文131(奧地利,德國(guó))將奧地利意識(shí)系統(tǒng)(AAS)用于奧地利TSO和DSO之間的信息交互和協(xié)調(diào)調(diào)度:一方面改進(jìn)了傳統(tǒng)電話溝通方式耗時(shí)長(zhǎng)、語(yǔ)義誤解等弊端;另一方面,AAS內(nèi)置的事故預(yù)演訓(xùn)練模擬器有助于提高實(shí)際故障發(fā)生時(shí)調(diào)度員操作的正確率[20]。

論文135(愛(ài)爾蘭)研究提高愛(ài)爾蘭和北愛(ài)爾蘭間高壓直流輸電(HVDC)線路外送功率。以風(fēng)力發(fā)電為主的低慣性新能源發(fā)電機(jī)使得全系統(tǒng)的慣性在高風(fēng)電出力時(shí)段較低,故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)頻率極其容易受到影響,因此TSO大大限制了連接愛(ài)爾蘭和英國(guó)的HVDC線路的傳輸容量。論文提出了確定系統(tǒng)頻率越限時(shí)切除機(jī)組順序的策略,改善了HVDC線路的輸電容量限制[21]。

輸電運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)和配電運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)劃、投資決策等都有必要性。中國(guó)電力產(chǎn)業(yè)目前發(fā)電、輸配售電和用電是三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)節(jié),不利于電力系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)市場(chǎng)化,也難以實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)、用電側(cè)互動(dòng)配合,三個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)作是構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的需求之一。實(shí)現(xiàn)發(fā)電、輸配電、用電環(huán)節(jié)的信息共享和交換,能夠提高故障處理效率,改善線路輸送容量限制。

5 輸配電網(wǎng)絡(luò)

本次會(huì)議對(duì)輸配電網(wǎng)絡(luò)的討論主要側(cè)重于架空線路以及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性兩大方面。

5.1 輸配電架空線路的設(shè)計(jì)、材料和標(biāo)準(zhǔn)

來(lái)自西班牙、英國(guó)、意大利、澳大利亞、愛(ài)爾蘭、加拿大的6位學(xué)者進(jìn)行了輸配電架空線路相關(guān)的論文報(bào)告。

論文041(西班牙)研究改建HVAC架空線路為HVDC線路。將HVAC輸電線路改建成HVDC線路,不但能夠提升傳輸容量,還更利于實(shí)現(xiàn)靈活的潮流控制。將原線路改造為HVDC,并同時(shí)改變絕緣和電纜塔高度,最優(yōu)方案可以將傳輸容量提升70%[22]。

論文042(英國(guó))嘗試基于大數(shù)據(jù)改善架空線路規(guī)劃。針對(duì)影響輸電線路規(guī)劃的關(guān)鍵因素,地理信息系統(tǒng)(GIS)能夠集成空間大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并生成可視化分析結(jié)果圖。GIS和工程管理系統(tǒng)能夠有效地輔助工作人員進(jìn)行架空輸電線布局[23]。

輸配電架空線路決定了電力系統(tǒng)的傳輸容量,另一方面,架空線路的規(guī)劃和布局方案受地理、經(jīng)濟(jì)等因素的影響。架空線路的設(shè)計(jì)還需要考慮冰風(fēng)荷載評(píng)估、防雷性能等安全性因素。

5.2 輸配電網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn):電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析與評(píng)估

來(lái)自芬蘭、德國(guó)、愛(ài)爾蘭、瑞典、丹麥的6位學(xué)者進(jìn)行了論文報(bào)告。

論文052(德國(guó))建立了歐洲互聯(lián)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估模型,提出了一種動(dòng)態(tài)分析方法,對(duì)輸電運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)感興趣的區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)建模;對(duì)電網(wǎng)其余部分用標(biāo)準(zhǔn)控制模型取代。這使得輸電運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全評(píng)估成為可能[24]。

論文056(愛(ài)爾蘭)進(jìn)行了電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型驗(yàn)證,具體分為三個(gè)步驟:①評(píng)估——從事件發(fā)生前某一刻開(kāi)始運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真,并將仿真響應(yīng)與實(shí)際相量測(cè)量單元(PMU)的量測(cè)結(jié)果相比較；②參數(shù)辨識(shí)——比較測(cè)量數(shù)據(jù)和仿真響應(yīng)的差別,并使用約束非線性數(shù)值優(yōu)化模型參數(shù)；③交叉驗(yàn)證——使用更新的參數(shù)進(jìn)行模擬并與實(shí)際響應(yīng)進(jìn)行比較。如果響應(yīng)偏差有改善,則更新模型中的參數(shù)[25]。

區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)中的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性可以使用動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行評(píng)估,針對(duì)研究的特性區(qū)域詳細(xì)建模,在模型驗(yàn)證中,對(duì)動(dòng)態(tài)模型的評(píng)估、改進(jìn)和相比于實(shí)際量測(cè)值的驗(yàn)證與更新是未來(lái)工作的主題。

6 電力系統(tǒng)改進(jìn)

未來(lái)電力系統(tǒng)運(yùn)行的改善、客戶供電的可靠性和安全性的提高、基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)是本次研討會(huì)關(guān)注的未來(lái)電力系統(tǒng)改進(jìn)的三大方面。

6.1 通過(guò)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化和測(cè)試的創(chuàng)新使用改善電力系統(tǒng)運(yùn)行

本部分主要討論基于數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化控制在改善電力系統(tǒng)運(yùn)行方面的應(yīng)用,來(lái)自德國(guó)、印度、奧地利、芬蘭、法國(guó)的5位學(xué)者進(jìn)行了論文報(bào)告。

論文061(德國(guó))研究基于VSC-HVDC和移相變壓器(PST)的下一代輸電系統(tǒng)控制中心,提出了一種基于日前計(jì)劃和短期調(diào)節(jié)的HVDC和PST控制策略?；赑MU監(jiān)測(cè)到實(shí)際值與目標(biāo)值的偏差,利用提出的控制策略連續(xù)調(diào)節(jié)HVDC和PST的工作點(diǎn),實(shí)現(xiàn)多種情況下潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)[26]。

論文064(芬蘭)介紹了電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)干擾報(bào)告軟件Power System Supervisor。該軟件提供了一個(gè)基于廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析的平臺(tái),幫助調(diào)度員和分析員跟蹤系統(tǒng)事件。監(jiān)視器作為量測(cè)設(shè)備的同時(shí),監(jiān)測(cè)某種類型的事件是否發(fā)生;一旦發(fā)生,監(jiān)視器將創(chuàng)建一個(gè)電力系統(tǒng)事故,并將其他監(jiān)視器可能有價(jià)值的信息整合到該事故的數(shù)據(jù)集中,為后續(xù)處理、可視化分析提供技術(shù)支撐,大大減少了曾經(jīng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的擾動(dòng)分析[27]。

來(lái)自各國(guó)的電力系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)表明,未來(lái)的電力系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、故障分析和事故報(bào)告,輔助調(diào)度員分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和跟蹤系統(tǒng)事件,提高電力事故處理效率,改善電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

6.2 提高客戶供電的可靠性和安全性:聚焦于微電網(wǎng)和資產(chǎn)保護(hù)

來(lái)自德國(guó)、加拿大、俄羅斯、日本的4位學(xué)者就微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)、推動(dòng)微電網(wǎng)的規(guī)則等進(jìn)行了交流討論。

論文072(加拿大)介紹了在分布式能源及微電網(wǎng)領(lǐng)域最新的標(biāo)準(zhǔn)化工作,介紹了分布式電源與配電網(wǎng)互連和互操作有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)以及與微電網(wǎng)控制系統(tǒng)功能規(guī)范有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),提出了微網(wǎng)控制系統(tǒng)功能的測(cè)試方法[28]。

論文076(日本)介紹了日本隱岐群島高滲透可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)混合的示范工程,Chugoku EPCo和三菱電氣公司利用NaS和Li-ion兩種不同的電池開(kāi)發(fā)了一種混合型電池儲(chǔ)能系統(tǒng),用于參與分布式電源的協(xié)調(diào)控制[29]。

微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)將有助于微電網(wǎng)的部署,標(biāo)準(zhǔn)化的好處包括通過(guò)廣泛的使用和部署來(lái)提高控制系統(tǒng)的適用性和互操作性,并降低成本。標(biāo)準(zhǔn)化可能受益的利益相關(guān)者包括微電網(wǎng)開(kāi)發(fā)商、設(shè)備供應(yīng)商和互聯(lián)微電網(wǎng)。IEC 61850和IEEE 1547系列標(biāo)準(zhǔn)是微電網(wǎng)和分布式電源并網(wǎng)的重要標(biāo)準(zhǔn),涉及微電網(wǎng)信息交互、結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)規(guī)范和運(yùn)行模式等,為微電網(wǎng)工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)等提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

6.3 公眾參與納入基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目開(kāi)發(fā)

來(lái)自英國(guó)、丹麥、韓國(guó)、愛(ài)爾蘭的5位學(xué)者討論了架空線和地下電纜、新設(shè)計(jì)的高壓電塔、基于同軸高溫超導(dǎo)電力電纜的超導(dǎo)智能平臺(tái)、高壓輸電線路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問(wèn)題。

論文102(丹麥)介紹了新設(shè)計(jì)的高壓電塔。為了改變民眾對(duì)電力鐵塔從負(fù)到正的態(tài)度,在公開(kāi)、民主、利益相關(guān)者參與以及開(kāi)始和規(guī)劃階段兩次公眾聽(tīng)證會(huì)的基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)新的電塔設(shè)計(jì)方案,得到民眾的積極反饋并沒(méi)有后續(xù)投訴[30]。

論文103(韓國(guó))進(jìn)行了基于同軸高溫超導(dǎo)電纜的商業(yè)化超導(dǎo)智能平臺(tái)可行性研究。該平臺(tái)擬利用超導(dǎo)電纜線向位于電力負(fù)荷中部的開(kāi)關(guān)站供電,并通過(guò)將開(kāi)關(guān)站形成閉環(huán)來(lái)提高城市系統(tǒng)可靠性。若輸電距離大于2.4 km,商業(yè)化模式的超導(dǎo)智能平臺(tái)將比傳統(tǒng)模式更加經(jīng)濟(jì)[31]。

丹麥運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)邀請(qǐng)公眾參與電塔設(shè)計(jì)方案,最終獲得公眾認(rèn)可的經(jīng)驗(yàn)值得其他運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)借鑒,丹麥運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)承諾在規(guī)劃未來(lái)線路時(shí)采取同樣的方法。只有使用這種透明和包容性的方法,切實(shí)考慮公眾利益并將公眾關(guān)注的問(wèn)題整合到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中才能獲得公眾支持。

7 結(jié)語(yǔ)

CIGRE作為大型電力系統(tǒng)委員會(huì),本次會(huì)議得到了世界各國(guó)專家學(xué)者的積極響應(yīng)和參與,討論了致力于未來(lái)電力系統(tǒng)建設(shè)的熱點(diǎn)問(wèn)題。本次會(huì)議有如下特點(diǎn):①創(chuàng)新,即提出的技術(shù)都更加注重創(chuàng)新性,不同于以往傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的管理模式;②超前，即會(huì)議以未來(lái)的電力系統(tǒng)為主題,討論到的技術(shù)超前于目前電力系統(tǒng)現(xiàn)狀;③應(yīng)用，即大多數(shù)論文都有示范工程支撐或已經(jīng)獲得初步應(yīng)用。

未來(lái)電力系統(tǒng)將圍繞大規(guī)?？稍偕茉唇尤腴_(kāi)展一系列改革和創(chuàng)新工作,將改進(jìn)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在自動(dòng)化、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析、信息交互集成等方面的不足,提升系統(tǒng)輸送容量,提高系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性、可靠性,構(gòu)建自適應(yīng)電力市場(chǎng)平臺(tái),依靠基于資源與技術(shù)變化組合的電力系統(tǒng)技術(shù)性能實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性、諧波規(guī)范、系統(tǒng)規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行方面的新技術(shù),TSO和DSO之間相互協(xié)調(diào),并將邀請(qǐng)公眾參與到電力建設(shè)和投資決策中。電力系統(tǒng)控制中心、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)報(bào)告軟件將實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)智能控制、故障監(jiān)測(cè)和事故分析等。未來(lái)電力系統(tǒng)將逐步實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化、清潔化、信息化、自動(dòng)化、智能化,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、供電可靠性、電能質(zhì)量水平將顯著提高。

感謝國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司科技項(xiàng)目(J20170124)對(duì)本文資助！

附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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