適應(yīng)分布式電源接入的配電網(wǎng)主動(dòng)管理與控制策略研究

帥曉華

摘 要：近年來(lái)，一些石化能源日漸枯竭，如煤、石油等，由此在世界范圍內(nèi)極易加劇能源危機(jī)。且化石燃料在燃燒過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生不少溫室氣體和污染性氣體，從而極易導(dǎo)致各種問(wèn)題頻繁發(fā)生，諸如全球變暖問(wèn)題、氣候異常問(wèn)題以及嚴(yán)重的霧霾等，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，威脅人類的生命健康。而正在蓬勃發(fā)展的中國(guó)還需要消耗大量的能源，當(dāng)前必須面對(duì)能源稀缺、能源生產(chǎn)使用技術(shù)相對(duì)落后、環(huán)境質(zhì)量不容樂(lè)觀等問(wèn)題。鑒于此，就需要致力于能源利用效率的顯著提高，積極選擇其他能源方式來(lái)輔助或替代化石能源。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外高度重視可再生能源分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，但是并網(wǎng)運(yùn)行大量分布式電源極易引發(fā)各種問(wèn)題，如注入電網(wǎng)電壓出現(xiàn)偏移、電壓的波動(dòng)幅度較大、“閃變”等，不利于安全的運(yùn)行電網(wǎng)，還會(huì)直接影響供電質(zhì)量。基于此，有必要對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)和控制策略進(jìn)行詳細(xì)的闡述，便于更好地應(yīng)用大規(guī)模間歇式可再生能源和更好地解決電網(wǎng)兼容問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種綠色能源的高效利用，并妥善解決相關(guān)問(wèn)題，諸如能源結(jié)構(gòu)等。

關(guān)鍵詞：適應(yīng)分布式電源接入;配電網(wǎng);主動(dòng)管理與控制;策略分析

中圖分類號(hào)：TM728.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2020）09-0039-02

近年來(lái)，國(guó)家電力市場(chǎng)管制逐漸被解決，再加上環(huán)保呼聲越來(lái)越高，在電力系統(tǒng)中，分布式電源獲得廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)所設(shè)置的分布式電源共計(jì)3436萬(wàn)kw，再加上一些利好政策的相繼出臺(tái)，由此能夠更好地應(yīng)用分布式光伏[1]。在分布式光伏發(fā)電大量接入以后，傳統(tǒng)模式下的輻射狀無(wú)源配電網(wǎng)能夠轉(zhuǎn)變成一個(gè)充滿小型電源的有源網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)并網(wǎng)運(yùn)行極易造成各種問(wèn)題，由此會(huì)直接降低電網(wǎng)供電質(zhì)量，還會(huì)影響到安全運(yùn)行。之前，對(duì)配電網(wǎng)所采取的電力調(diào)度、電力管理模式相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在組裝配電線路的過(guò)程中，施工技術(shù)人員大多先安裝保護(hù)監(jiān)測(cè)設(shè)備，這樣就很難有效滿足分布式電源、用戶自建電源的大量發(fā)展需求，且低壓電網(wǎng)與用戶距離不遠(yuǎn)，新增電源的出現(xiàn)極易埋下各種安全隱患。

當(dāng)前，電網(wǎng)特別是配電網(wǎng)中存在許多問(wèn)題，諸如自動(dòng)化技術(shù)偏低、一次網(wǎng)架相對(duì)薄弱等，由此無(wú)法充分實(shí)現(xiàn)可再生能源的高度滲透，也不能對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化與調(diào)整。所以，采用分布式發(fā)電來(lái)緩解這些問(wèn)題。這種發(fā)電模式屬于一種新型能源開(kāi)發(fā)利用方法，通常包含諸多內(nèi)容，如太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、小水電等，這些能源一般所具備的發(fā)電規(guī)模較小，大多低于50MW以下，且與用戶十分接近。可根據(jù)實(shí)際情況向附近負(fù)荷供電，或者向電網(wǎng)輸出電能。其相比于傳統(tǒng)集中式供電，存在諸多優(yōu)點(diǎn)。

1 為配電網(wǎng)組裝分布式電源

電壓上升效應(yīng)在一定程度上會(huì)對(duì)DG接入電網(wǎng)造成嚴(yán)重限制，為更好地分析其造成的具體影響，就需要利用簡(jiǎn)單地配電系統(tǒng)，如圖1所示。該設(shè)備系統(tǒng)能夠正確連接有載調(diào)壓變壓器T1，母線1利用架空線、母線可連接負(fù)荷、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備與發(fā)電機(jī)，其負(fù)荷主要分為有無(wú)功（QL）和功（PL），發(fā)電機(jī)也包括無(wú)功功率（QG）、有功功率（PG）和無(wú)功補(bǔ)償裝置的功率[2]。

在確定無(wú)源配電網(wǎng)時(shí)，需要事先分析最壞狀況，然后制定有效的解決方法。一般在發(fā)電量最大、負(fù)載最小的情況下，才會(huì)出現(xiàn)電壓上升最大值。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)阻擋Z中的電阻R，是決定最大允許并網(wǎng)發(fā)電容量的一個(gè)重要參數(shù)。假定功率的因數(shù)是1，電阻X無(wú)需考慮，為致力于網(wǎng)絡(luò)阻抗的顯著降低與電壓升降的減小，可以通過(guò)積極的建設(shè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 配電網(wǎng)主動(dòng)管理控制策略

在電力系統(tǒng)匯總中DG的滲透率，在今后幾年中預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)大幅度的增長(zhǎng)。為經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，就需要從根本上改變配電網(wǎng)多個(gè)方面的內(nèi)容，如控制、運(yùn)行、規(guī)劃等。隨著DG的出現(xiàn)，可促使配電網(wǎng)從原來(lái)的被動(dòng)電網(wǎng)升級(jí)成主動(dòng)電網(wǎng)，通常被動(dòng)電網(wǎng)表現(xiàn)為單向，輸電網(wǎng)電壓高的一端會(huì)主動(dòng)流向電壓低的負(fù)荷端;主動(dòng)電網(wǎng)則相反，是由輸電網(wǎng)電壓低的一端主動(dòng)流向電壓高的一端。在國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議上，國(guó)網(wǎng)公司在提出主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)其他智能化領(lǐng)域技術(shù)的創(chuàng)新、管理進(jìn)行了深入的探索，這對(duì)于促進(jìn)分布式電源接入能力的顯著提高至關(guān)重要。

配電網(wǎng)主動(dòng)管理技術(shù)在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)二次系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，然后一邊實(shí)時(shí)監(jiān)控配電網(wǎng)設(shè)備，具體措施通常涉及主動(dòng)電壓控制與潮流管理、主動(dòng)故障維護(hù)等級(jí)管理等，這對(duì)于平衡發(fā)電、負(fù)荷和輔助服務(wù)至關(guān)重要[3]。

2.1 對(duì)有功輸出采取降低處理

采取這項(xiàng)措施能夠有效維護(hù)電壓安全，主要是正確采用約束分布式發(fā)電實(shí)現(xiàn)有功輸出，以此能夠有效限制電壓上升。由于在極少數(shù)情況下會(huì)同時(shí)出現(xiàn)最大輸出功率、最小負(fù)荷的情況，因此能夠約束功率輸出的時(shí)間較短。如果被那些容量比較大的發(fā)電廠移植到系統(tǒng)中，這種方式相對(duì)經(jīng)濟(jì)、可靠，在約束作用之外的時(shí)間，利用較高的輸出功率能夠有效補(bǔ)償因發(fā)電削減所造成的暫時(shí)性影響，約束作用時(shí)間通常會(huì)對(duì)應(yīng)低負(fù)荷，因此電價(jià)估計(jì)會(huì)更低。

2.2 無(wú)功管理

在那些相對(duì)薄弱的電網(wǎng)中，為促進(jìn)并網(wǎng)容量的增加與電壓上升效應(yīng)的有效限制，可以充分利用無(wú)功補(bǔ)償。

2.3 協(xié)調(diào)電壓控制

利用主動(dòng)調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)，可以穩(wěn)定地維持配電網(wǎng)在一定范圍內(nèi)，且有助于增加分布式發(fā)電并網(wǎng)容量。利用有載調(diào)壓變壓器房對(duì)電壓進(jìn)行科學(xué)的調(diào)節(jié)。

3 應(yīng)用對(duì)比分析

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技水平的提高，人們?cè)絹?lái)越依賴電力能源，而智能電網(wǎng)的提出、建設(shè)，可以幫助人們更好地解決能源短缺、環(huán)境污染問(wèn)題，也能夠創(chuàng)造一個(gè)前所未有的機(jī)遇來(lái)促進(jìn)可再生能源的發(fā)展。當(dāng)前，關(guān)于分布式電源尚未統(tǒng)一定義，一般認(rèn)為是在一定地域范圍內(nèi)多個(gè)甚至多種形式的發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電，確保用戶的用電要求能夠獲得充分滿足的電源。在實(shí)際規(guī)劃與設(shè)計(jì)過(guò)程中，可將分布式電源在負(fù)荷處附近安裝而無(wú)需連接電網(wǎng)，且該電源能夠?yàn)槿我庖?guī)模、能源種類的用戶發(fā)電設(shè)備所使用。

在配電網(wǎng)主動(dòng)管理過(guò)程中，通過(guò)上述控制策略的實(shí)施，方便對(duì)不同電源裝機(jī)容量進(jìn)行科學(xué)的對(duì)比與分析，如年發(fā)電量、取得的收益變化等。當(dāng)前，主要分析上述三種主動(dòng)管理控制策略的實(shí)際應(yīng)用情況[4]。

3.1 削減有功輸出

在發(fā)電機(jī)接入R/X比值較高的弱電網(wǎng)中，這種策略具有很高的適用性，若允許并網(wǎng)存在較大容量，削減發(fā)電機(jī)輸出功率在有限時(shí)間內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性會(huì)更高，且在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中可以極大地節(jié)省投資成本。這種策略在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用更具實(shí)用性，究其原因在于，高發(fā)電、低負(fù)荷會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，為此需要適當(dāng)?shù)叵鳒p輸出功率。

3.2 無(wú)功管理

通過(guò)消耗無(wú)功功率，能夠?qū)﹄妷荷仙?yīng)進(jìn)行強(qiáng)有力的控制。特別是在分布式發(fā)電弱網(wǎng)架中，基于此可將一些無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備安裝在連接處，諸如靜止無(wú)功補(bǔ)償器等。但是，截至目前，還沒(méi)有人將無(wú)功管理視為是一種增加分布式發(fā)電穿透功率的重要方式，無(wú)功管理的潛在優(yōu)勢(shì)可以充分借助優(yōu)化潮流的方式。

3.3 區(qū)域有載調(diào)壓變壓器的電壓協(xié)調(diào)控制

在配電網(wǎng)中為增加風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)容量，就可以積極地運(yùn)用協(xié)調(diào)電壓控制策略。當(dāng)前，控制配電網(wǎng)電壓的一種主要方式在于利用有載調(diào)壓變壓器。當(dāng)前，所制定的電壓控制方案，在控制電壓水平時(shí)，主要立足于簡(jiǎn)單的恒電壓策略或者結(jié)合線路實(shí)際負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)。而這些電壓控制方案主要是一種無(wú)源電網(wǎng)設(shè)計(jì)，是嚴(yán)格意義上的單向潮流。在那些多向潮流的有源配電網(wǎng)中，這種接近控制的電壓方案不僅存在明顯缺陷，還會(huì)對(duì)配電網(wǎng)本身的容納能力、開(kāi)放程度造成嚴(yán)重影響，由此不利于允許并網(wǎng)容量的顯著提升。基于此，在既定范圍內(nèi)為維持區(qū)域電網(wǎng)的電壓水平，具體在控制時(shí)可以利用區(qū)域有載調(diào)壓變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在那些存在分布式電源的配電網(wǎng)智能化建設(shè)過(guò)程中，存在許多許多問(wèn)題亟待解決。文章對(duì)配電網(wǎng)主動(dòng)管理概念進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的介紹，對(duì)當(dāng)前所具有的一些重要控制策略進(jìn)行了深度的剖析，方便電力管理者、供電用戶、系統(tǒng)運(yùn)行人員，幫助各個(gè)能源供應(yīng)商找到彼此之間所存在的平衡點(diǎn)。從而能夠創(chuàng)造一個(gè)良好的條件來(lái)建立更好的配電網(wǎng)，為其開(kāi)放性、公平性以及綠色性提供充足的保障。配電網(wǎng)主動(dòng)管理在一定程度上能夠幫助電網(wǎng)提高對(duì)綠色能源的兼容性，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有資產(chǎn)的充分利用，這也代表了今后智能配電網(wǎng)的重要發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖蕙蕙，申丹偉，蔣東榮，等.P/Q控制策略下的分布式電源自適應(yīng)距離整定新方法[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（4）：86-90.

[2] 楊梅，周喜超.適應(yīng)分布式電源接入的配電網(wǎng)主動(dòng)管理技術(shù)研究[J].電子世界，2014（9）：50.

[3] 樂(lè)健，周謙，王曹，等.基于分布式協(xié)同的配電網(wǎng)電壓和功率優(yōu)化控制方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2020，40（4）：1249-1257.

[4] 潘俊東，李志勇，王思君，等.自適應(yīng)靈敏度的配電網(wǎng)分布式電源無(wú)功控制[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2018，30（6）：127-133.

[5] 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司.適應(yīng)分布式電源接入的配電網(wǎng)線路自動(dòng)重合閘控制方法[P].中國(guó)，201911018882.3，2019-12-13.