綜合能源接入電網(wǎng)的管控技術(shù)研究

李京 張婭蓮

摘要：近年來，光伏、小水電和小火電等各類綜合能源取得了快速的發(fā)展。大規(guī)模綜合能源的并網(wǎng)改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)輻射運(yùn)行、單向潮流的特點，對繼電保護(hù)、電壓無功管理和電能質(zhì)量等均帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。綜合能源類型多，數(shù)量多，分布廣，特性不一，特別是光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、波動性和間歇性等自然特點，給系統(tǒng)運(yùn)行管理部門帶來了新的調(diào)度運(yùn)行管理需求，包括綜合能源接入監(jiān)視與滲透率分析、綜合能源并網(wǎng)電壓無功分析與控制、綜合能源發(fā)電功率預(yù)測與有序發(fā)電管理、以及區(qū)域配電網(wǎng)斷面安全控制與優(yōu)化調(diào)度等內(nèi)容。本文針對綜合能源接入電網(wǎng)的管控技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：綜合能源接入;電網(wǎng)管控技術(shù);體系研究

一、電網(wǎng)運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性現(xiàn)狀

在綜合能源接入電網(wǎng)之前，關(guān)鍵是確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定的電力供應(yīng)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。無論是企業(yè)還是設(shè)備，都需要穩(wěn)定的電力。特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時代，大多數(shù)科學(xué)研究都依賴于電子計算機(jī)，一旦電力供應(yīng)不穩(wěn)定，遭遇大規(guī)模停電或強(qiáng)電流沖擊時可能會對計算機(jī)或其他儀器造成巨大損害。所以，穩(wěn)定性是電力使用的前提和核心。

（1）數(shù)據(jù)反映的信息較少。數(shù)據(jù)在任何系統(tǒng)中都扮演著十分重要的角色，它一般具有控制和分析的作用。當(dāng)電力不穩(wěn)定的情況發(fā)生時，通常是由數(shù)據(jù)檢驗未到位和數(shù)據(jù)分析不徹底等原因造成的。所以，在建設(shè)電網(wǎng)系統(tǒng)時，必須要有專門的數(shù)據(jù)監(jiān)控人員對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并找到隱藏在已知數(shù)據(jù)背后的潛在數(shù)據(jù)。只有建立了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)才能保障電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）安全性和穩(wěn)定性的定量顯示。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，研究人員面臨的問題是數(shù)據(jù)越來越大，越來越復(fù)雜，這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)組合極難控制，而如何監(jiān)控這些數(shù)據(jù)成為一個問題。因此，研究人員將為網(wǎng)格的整體情況發(fā)布一個標(biāo)準(zhǔn)值，這是一個定量值。當(dāng)根據(jù)該數(shù)量監(jiān)視電網(wǎng)的所有操作時，電網(wǎng)將處于穩(wěn)定狀態(tài)，這種定量的出現(xiàn)也使監(jiān)管機(jī)構(gòu)更加便利。但是，現(xiàn)有的參數(shù)列表不夠簡潔，因此產(chǎn)生了主觀需要高質(zhì)量的問題，增加了國家電網(wǎng)的勞動力成本。

二、對分布式能源系統(tǒng)

分布式能源是一種節(jié)能、環(huán)保、低功耗的新能源系統(tǒng)，它通常分布在電力負(fù)荷周圍，布局小，可以適應(yīng)周圍環(huán)境。分布式能源系統(tǒng)通常由用戶和電力公司使用，以滿足高負(fù)荷需求。分布式能源具有豐富的實施形式和實施技術(shù)，如分布式太陽能技術(shù)、分布式生物質(zhì)能技術(shù)和燃料電池技術(shù)，改變了傳統(tǒng)能源單一形式的缺陷，有效地提高了用電質(zhì)量。在分布式能源系統(tǒng)中，繼電保護(hù)裝置檢測是一項重要技術(shù)，它對電網(wǎng)運(yùn)行和分布式能源的使用具有重要影響。

三、綜合能源系統(tǒng)

綜合能源系統(tǒng)是指利用先進(jìn)的物理信息技術(shù)和某一地區(qū)創(chuàng)新的管理模式，整合區(qū)域內(nèi)的煤、石油、天然氣、電能、熱能等能源，實現(xiàn)各種異構(gòu)能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)規(guī)劃，使之優(yōu)化運(yùn)營、協(xié)作管理、互動響應(yīng)、互補(bǔ)互助。在滿足系統(tǒng)多樣化的能源需求的同時，能有效提高能源效率，推動發(fā)展可持續(xù)能源的新型能源系統(tǒng)。

綜合能源系統(tǒng)有三個含義。（1）為實現(xiàn)多元化的能源綜合管理打破不同能源直接的障礙;（2）創(chuàng)新性的發(fā)現(xiàn)能源的互補(bǔ)替代性，開發(fā)轉(zhuǎn)換和存儲的新技術(shù)，提高能源開發(fā)和利用效率，并打破技術(shù)壁壘;（3）是創(chuàng)新的市場模式，建立統(tǒng)一的市場價值衡量標(biāo)準(zhǔn)和價值轉(zhuǎn)換媒介。能源的轉(zhuǎn)型和互補(bǔ)可以反映經(jīng)濟(jì)和社會價值，并不斷挖掘新的潛在市場。

綜合能源系統(tǒng)可將各種能源統(tǒng)籌至電網(wǎng)中并進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，但仍有許多技術(shù)問題需要解決。例如：傳統(tǒng)的汽車碳排放是人類碳排放的主要來源之一。據(jù)科學(xué)家估計，全球汽車每年向大氣排放的二氧化碳超過4×109t，占人類碳排放總量的20%以上。工業(yè)部門和電動汽車的排放是實現(xiàn)低碳交通的關(guān)鍵技術(shù)之一。能效分析表明，電動汽車的能效比傳統(tǒng)燃料汽車高出46%以上。更值得注意的是，由于功率裝置的不同，使用V2G模式的電動車輛用電動馬達(dá)代替燃料機(jī)器，并且使用清潔的二次能量為車輛提供動力而不會在駕駛期間產(chǎn)生CO2排放。即使我們考慮電力生產(chǎn)過程中的CO2排放，與傳統(tǒng)汽車相比，純電動汽車的碳減排潛力也在13%到68%之間?；旌蟿恿﹄妱悠囘€可以實現(xiàn)30%的碳減排能力。如果將V2G模式，10萬輛電動汽車集中到電網(wǎng)，它可以取代4×105kW的火電峰值裝置。用上面的公式計算，那么V2G模式的凈收益將達(dá)到1096.7萬元。電動汽車集群和電力公司大致分開，年收入548萬元。每輛電動汽車每年收入548元，每輛電動汽車每年僅需24h放電（總計96kWh）。從這一點可以看出，智能電網(wǎng)和綜合能源系統(tǒng)將在未來帶來巨大的利益，但也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。以V2G為例，對于單體循環(huán)壽命為800～1000次的鋰離子電池，在將組技術(shù)應(yīng)用于電動公交車后，循環(huán)壽命僅為400～600次，有些甚至更低。目前，電動汽車中使用的幾種電池各有優(yōu)缺點，它們都不能真正占據(jù)各種性能的優(yōu)勢，這是電動車輛應(yīng)用領(lǐng)域中各種蓄電池共存的主要因素。顯然，如果要推廣V2G型號，有必要研究使用具有更高循環(huán)壽命的電池。

中國智能電網(wǎng)的發(fā)展，儲能問題比較大。首先，儲能容量有限，當(dāng)使用峰值時，對于功耗小的用戶可以保證能量存儲容量，但是難為大型工業(yè)企業(yè)等大型消費者調(diào)整電源。此外，在能量存儲效率方面存在技術(shù)問題，充電通常需要很長時間，充電和放電時間與應(yīng)急要求之間存在矛盾。在儲能技術(shù)領(lǐng)域，國外，特別是美國和日本，已經(jīng)開始初期研究，在工程方面取得了許多成果和豐富的實踐經(jīng)驗。由于國內(nèi)研究起步較晚，相關(guān)技術(shù)與國外仍存在差距，尤其是飛輪儲能等先進(jìn)儲能系統(tǒng)。此外，外國在電力電子接口和能量存儲系統(tǒng)的高效轉(zhuǎn)換等技術(shù)方面也處于領(lǐng)先地位。

四、結(jié)語

綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展基于分布式電力和微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，這也是智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。然而，目前的綜合能源系統(tǒng)無法有效地連接到智能電網(wǎng)，因為綜合能源系統(tǒng)的能源需求太大而無法通過當(dāng)前電網(wǎng)來滿足。只有當(dāng)這項技術(shù)成熟時，集成能源系統(tǒng)才能成功實現(xiàn)電網(wǎng)連接。

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作者介紹：

李京（1985.10.2），性別：男;籍貫：湖北;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱：高級工程師;研究方向：電力市場營銷。

張婭蓮（1986.3.26），性別：女;籍貫：湖北;民族：漢;學(xué)歷：碩士研究生;職稱：工程師;研究方向：電力市場營銷。