西藏自治區(qū)分布式能源控制系統(tǒng)應(yīng)用前景概述

西藏民族大學(xué) 陜西 咸陽(yáng) 712082

一、引言

近年來(lái),智能電網(wǎng)技術(shù)成為國(guó)際能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與關(guān)注重點(diǎn)。世界各國(guó),特別是發(fā)達(dá)國(guó)家了掀起一股研究與應(yīng)用的熱潮。中國(guó)也不例外,智能電網(wǎng)是我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)代化的核心,列入了未來(lái)十年的發(fā)展規(guī)劃。微電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分,跟蹤國(guó)際電力技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)向,開(kāi)展微電網(wǎng)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)研究,為可再生能源分布式發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的普及應(yīng)用、及智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)技術(shù)依據(jù)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),以促進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。

二、分布式系統(tǒng)國(guó)外的研究現(xiàn)狀

美國(guó)是最早發(fā)展分布式發(fā)電的國(guó)家之一,全球大多數(shù)商用分布式發(fā)電設(shè)備是由美國(guó)提供的。美國(guó)在2001年頒布了IEEE P1547/D08“關(guān)于分布式電源與電力系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)草案”[1],并通過(guò)了有關(guān)的法令讓分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行并且向電網(wǎng)售電。2009年,新任美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬提出了在美國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)的倡議,并大力推動(dòng)發(fā)展可再生能源的普及利用。日本因?yàn)槟茉促Y源不足,較早的采用了分布式能源系統(tǒng),且十分重視其與大電網(wǎng)的相互關(guān)系,制定了“分布式電源并網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則”[2]。自微型電網(wǎng)概念提出后,立即受到了各國(guó)的重視,將其視為分布式發(fā)電無(wú)縫集成到現(xiàn)有電力系統(tǒng)的重要組織方案和技術(shù),微型電網(wǎng)的研究已經(jīng)有了較大的發(fā)展。美國(guó)能源部和國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL)[3]資助威斯康星大學(xué)、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展微型電網(wǎng)研究,并于2003年在威斯康星大學(xué)建成了一個(gè)小規(guī)模的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室.總?cè)萘考s為80kVA。威斯康星大學(xué)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試了在微型電網(wǎng)不同運(yùn)行狀態(tài)下的多種分布式電源控制器。橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室則主要開(kāi)展微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS)[4]的研究,其結(jié)果未能夠得到實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。美國(guó)能源部與GE合資,投資400萬(wàn)美元開(kāi)發(fā)研究一套微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(MEM)[5],向微電網(wǎng)中的器件提供統(tǒng)一的控制、保護(hù)和能量管理平臺(tái)。平臺(tái)內(nèi)容包括：1)對(duì)控制技術(shù)和能量管理技術(shù)方面進(jìn)行研究；2)具體的模型下進(jìn)行仿真,并構(gòu)造示范工程用以進(jìn)行驗(yàn)證。

基于能源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的主題,歐盟支持了一系列與可再生能源和分布式發(fā)電接入技術(shù)有關(guān)的研究項(xiàng),僅在2002—2006這四年中就有超過(guò)一百家機(jī)構(gòu)(包括電力公司,設(shè)備制造商,高校和研究機(jī)構(gòu)等)參與了這些項(xiàng)目,其間總預(yù)算達(dá)3400萬(wàn)歐元。這些研究項(xiàng)目之間既各有側(cè)重又相互聯(lián)系,內(nèi)容涵蓋了從理論研究,技術(shù)應(yīng)用,到市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的各個(gè)層面,構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)完整的體系結(jié)構(gòu)。第一個(gè)是歐盟第五框架計(jì)劃[6],項(xiàng)目基于“微網(wǎng)”的概念,認(rèn)為將分布式電源以微網(wǎng)的形式接入到大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,與大電網(wǎng)互為支撐,是發(fā)揮分布式電源效能的最有效方式。

三、分布式系統(tǒng)國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于微網(wǎng)技術(shù)的研究問(wèn)題主要體現(xiàn)在分布式發(fā)電、輸配電、功率控制、儲(chǔ)能、能量管理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等多方面。

3.1 微網(wǎng)電源規(guī)劃問(wèn)題 分布式微網(wǎng)優(yōu)化組網(wǎng)設(shè)計(jì)方法,微網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；新型配電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃理論和方法?；诶碚摲治?開(kāi)發(fā)出具有空間負(fù)荷預(yù)測(cè)、分布式電源(微網(wǎng))容量與位置優(yōu)化、配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、分布式能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化等功能,適合于微網(wǎng)發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)。

3.2 能源平衡與控制問(wèn)題 微網(wǎng)在孤島運(yùn)行模式下的能量調(diào)度控制策略,微網(wǎng)運(yùn)行模式下電源平穩(wěn)切入切出的控制策略,分布式發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備的接口原理與技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)適合于不同分布式電源及儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)的電力電子接口裝置、快速響應(yīng)和適應(yīng)性強(qiáng)的微網(wǎng)綜合調(diào)度控制管理系統(tǒng)。

3.3 微網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控問(wèn)題 微網(wǎng)中的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)包括分布式電源的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、負(fù)荷監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、可再生資料數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等。通過(guò)快速有效的檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)獲得各個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),為微網(wǎng)的穩(wěn)定控制與能量調(diào)度提供決策依據(jù)。

3.4 電能質(zhì)量分析與整治 探尋微網(wǎng)運(yùn)行中導(dǎo)致電能質(zhì)量下降的原理(如：電壓波動(dòng)、閃變、頻率誤差、諧波等),微網(wǎng)及含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量檢測(cè)及分析理論、綜合控制方法?；谏鲜鲅芯砍晒?能研發(fā)出含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量綜合整治裝置。

3.5 微網(wǎng)綜合仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)微網(wǎng)系統(tǒng)中電源穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)建模方法 包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃料電池、光伏電池等分布式電源以及建立儲(chǔ)能裝置的數(shù)值仿真和物理仿真模型的方法。另外,集穩(wěn)態(tài)分析、電磁暫態(tài)仿真、機(jī)電暫態(tài)仿真為一體的微網(wǎng)動(dòng)態(tài)全過(guò)程仿真理論與方法,電力交換系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)物理仿真方法及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論。開(kāi)發(fā)微網(wǎng)系統(tǒng)的綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3.6 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問(wèn)題 分析研究微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行理論與分布式電源優(yōu)化調(diào)度方法,微網(wǎng)高滲透率下的大規(guī)模配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度理論。開(kāi)發(fā)通用微網(wǎng)能量?jī)?yōu)化管理系統(tǒng)(EMS),構(gòu)建微網(wǎng)高滲透率下的配電系統(tǒng)綜合能量管理支持平臺(tái)。

四、分布式能源控制系統(tǒng)于西藏自治區(qū)應(yīng)用前景

西藏自治區(qū)地廣人稀,尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)電力不穩(wěn)定,自然資源豐富,水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等資源較為分散,這為分布式能源的應(yīng)用提供了較好的基礎(chǔ)。分布式發(fā)電供能系統(tǒng)是由太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、干擾發(fā)生裝置和電能供需控制系統(tǒng)(Power Demand&Supply Control System)組成的離網(wǎng)發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng),系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

分布式能源控制系統(tǒng)對(duì)西藏自治區(qū)能源戰(zhàn)略政策進(jìn)行探索,為智能電網(wǎng)技術(shù)的推廣提供理論依據(jù)。智能電網(wǎng)是我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)代化的核心,列入了未來(lái)十年的發(fā)展規(guī)劃。微電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分,跟蹤國(guó)際電力技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)向,開(kāi)展微網(wǎng)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)研究,為可再生能源分布式發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的普及應(yīng)用、及智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)技術(shù)依據(jù)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。自然資源豐富的西藏自治區(qū),通過(guò)微電網(wǎng)應(yīng)用前景分析研究,不但完善西藏高校的學(xué)科體系,而且還能根據(jù)實(shí)驗(yàn)室建立相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用研發(fā)團(tuán)隊(duì),從而為自治區(qū)的能源戰(zhàn)略提供理論依據(jù)。