分布式能源接入配電系統(tǒng)的規(guī)劃與運(yùn)行策略

周 鑫，郭冰珂

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司蒲城縣供電分公司，陜西 渭南 715500）

0 引 言

分布式能源因其清潔、高效、靈活等優(yōu)點(diǎn)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。然而，隨著分布式能源的大規(guī)模接入，配電系統(tǒng)的規(guī)劃與運(yùn)行也面臨新的挑戰(zhàn)。如何規(guī)劃和運(yùn)行新型的電力系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，是當(dāng)前電力系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究方向。

1 分布式能源的概念和分類

分布式能源，也被稱為分散式能源或近端能源，是一種新型的能源構(gòu)成方式。其基本原理是在電力需求點(diǎn)或近電力需求點(diǎn)利用各類小型化的發(fā)電設(shè)備或能源系統(tǒng)，就地生產(chǎn)，就地使用，就地調(diào)節(jié)，如圖1 所示。與傳統(tǒng)的中心化能源系統(tǒng)相比，分布式能源可以有效地提高能源利用效率，減小能源輸配損失，增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。

圖1 分布式能源

分布式能源種類多樣，可以根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。首先，從能源類型來(lái)看，分布式能源可分為可再生能源和非可再生能源2 類。其中，可再生能源主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能以及水能等；非可再生能源主要包括天然氣、煤炭、石油等。其次，根據(jù)技術(shù)類型，分布式能源可劃分為分布式發(fā)電技術(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)以及智能電網(wǎng)技術(shù)等。再次，從規(guī)模上考慮，分布式能源可分為微型、小型和中型等，通常指裝機(jī)容量在幾十千瓦至幾兆瓦[1]。最后，根據(jù)用途，分布式能源可被劃分為電力供應(yīng)、熱力供應(yīng)、冷卻供應(yīng)以及運(yùn)輸燃料供應(yīng)等。

2 分布式能源接入配電系統(tǒng)的規(guī)劃

2.1 分布式能源接入配電系統(tǒng)的基本原則和要求

在規(guī)劃分布式能源接入配電系統(tǒng)時(shí)，需要遵循一些基本的原則和要求。這些原則和要求對(duì)于確保系統(tǒng)的高效、可靠、安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。

首先，系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)以提高能源利用效率為目標(biāo)，這屬于分布式能源接入配電系統(tǒng)的核心目標(biāo)。通過(guò)就地生產(chǎn)、就地消費(fèi)、就地調(diào)節(jié)，可以有效降低能源輸配損失，提高能源利用效率。

其次，系統(tǒng)規(guī)劃需要考慮配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。分布式能源的接入可能會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生一定影響，因此在規(guī)劃過(guò)程中需要充分考慮到這些影響，確保系統(tǒng)接入分布式能源后仍能穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

再次，系統(tǒng)規(guī)劃需要尊重市場(chǎng)機(jī)制，合理確定分布式能源的價(jià)格和費(fèi)用。市場(chǎng)機(jī)制是調(diào)控分布式能源發(fā)展的重要手段，只有通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制，才能真正地激發(fā)分布式能源的發(fā)展?jié)摿?，推?dòng)其與傳統(tǒng)能源的融合。

最后，需要注重環(huán)境保護(hù)和社會(huì)效益。分布式能源接入配電系統(tǒng)不僅可以提高能源利用效率，降低碳排放，而且能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升社會(huì)就業(yè)率，因此在規(guī)劃過(guò)程中應(yīng)充分考慮到這些因素。

2.2 分布式能源接入位置和容量決策

分布式能源接入位置和容量決策是一個(gè)復(fù)雜且至關(guān)重要的問(wèn)題。理想的分布式能源接入位置不僅要考慮資源條件和電網(wǎng)情況，還要充分考慮當(dāng)?shù)氐哪茉葱枨?。分布式能源接入位置如? 所示。

表1 分布式能源接入位置

由表1 可知：在工業(yè)園區(qū)接入分布式能源具有一定的優(yōu)勢(shì)，該地區(qū)不僅擁有豐富的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源，而且電網(wǎng)情況良好，可以容納大規(guī)模的分布式能源接入，工業(yè)園區(qū)的能源需求量較大（30 MW），在設(shè)計(jì)分布式能源系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮其產(chǎn)能和穩(wěn)定性；商業(yè)中心和住宅小區(qū)，其電網(wǎng)負(fù)荷較高或電網(wǎng)擴(kuò)展性良好，分別需要智能電網(wǎng)技術(shù)支持分布式能源接入或接入小型的分布式能源系統(tǒng)；公共設(shè)施如學(xué)校、醫(yī)院，其電網(wǎng)穩(wěn)定性要求高，接入分布式能源系統(tǒng)時(shí)，需要配備能源儲(chǔ)存設(shè)備，以確保在能源產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，仍能保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定；對(duì)于農(nóng)村地區(qū)，其電網(wǎng)覆蓋不全，可能需要建立獨(dú)立的微電網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)滿足能源需求，生物質(zhì)能源作為一種豐富且可再生的能源，可以被考慮用于分布式能源系統(tǒng)[2]。

2.3 分布式能源接入配電網(wǎng)的技術(shù)問(wèn)題和解決策略

在現(xiàn)實(shí)操作中，分布式能源接入配電網(wǎng)的實(shí)施面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，其中首要的問(wèn)題是配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和安全性的維護(hù)。由于分布式能源的不確定性和間歇性，使得其接入可能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一定程度的影響。例如，當(dāng)發(fā)生突然的功率變化時(shí)，可能引發(fā)電壓波動(dòng)，而如果過(guò)多的分布式能源接入，也可能給配電網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)。

分布式能源的接入對(duì)電網(wǎng)保護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)的保護(hù)裝置可能無(wú)法準(zhǔn)確和快速地判斷和清除由分布式能源接入而引起的故障。這對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅，配電人員需要重視起來(lái)，并采取積極的解決措施。

首先，對(duì)接入的分布式能源進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理非常必要。在此過(guò)程中，需要制定合理的接入策略，幫助配電人員更好地控制分布式能源的接入，避免出現(xiàn)過(guò)度的負(fù)荷。此外，實(shí)施動(dòng)態(tài)容量管理方法非常有效，它能夠保證電網(wǎng)的運(yùn)行在一個(gè)較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

其次，使用先進(jìn)的預(yù)測(cè)技術(shù)和控制策略有助于減小分布式能源的不確定性和間歇性對(duì)電網(wǎng)的影響。預(yù)測(cè)技術(shù)能夠幫助配電人員準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)分布式能源的產(chǎn)出，這對(duì)于配電人員制定接入策略和管理電網(wǎng)的運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。而控制策略則可以幫助配電人員在面臨突發(fā)情況時(shí)，能夠快速地做出反應(yīng)，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

最后，通過(guò)引入新型的保護(hù)裝置和保護(hù)策略，能夠有效地提高電網(wǎng)對(duì)分布式能源接入的適應(yīng)性。例如，故障定位、隔離和供電恢復(fù)系統(tǒng)有助于快速地定位和隔離故障，以及恢復(fù)供電。同時(shí)，自適應(yīng)保護(hù)裝置則可以幫助配電人員快速地適應(yīng)分布式能源的接入，有效地保護(hù)電網(wǎng)的安全。

3 分布式能源接入配電系統(tǒng)的運(yùn)行策略

3.1 分布式能源接入配電系統(tǒng)的運(yùn)行模式和控制策略

分布式能源接入配電系統(tǒng)的運(yùn)行模式如表2所示。分布式能源接入配電系統(tǒng)的運(yùn)行模式主要有集中控制、分散控制和混合控制3 種模式。根據(jù)表2 可以看出，在運(yùn)行模式的選擇上，這3 種控制模式各具特點(diǎn)。

表2 分布式能源接入配電系統(tǒng)的運(yùn)行模式

集中控制模式由中央控制中心統(tǒng)一進(jìn)行生產(chǎn)、調(diào)度和控制，其主要優(yōu)點(diǎn)在于可以進(jìn)行全局的能源管理和優(yōu)化。但是，該模式下，系統(tǒng)對(duì)局部問(wèn)題的快速響應(yīng)能力較差，尤其是在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成一定影響。

分散控制模式下，每個(gè)分布式能源設(shè)備都配備有自己的控制器，處理自身的能源問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各局部問(wèn)題的快速響應(yīng)。其缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)全局的能源優(yōu)化，可能會(huì)出現(xiàn)資源浪費(fèi)或供需不平衡等問(wèn)題。

混合控制模式結(jié)合了集中控制和分散控制的優(yōu)點(diǎn)，部分任務(wù)由中央控制中心處理，部分任務(wù)由分布式控制器處理，既可以實(shí)現(xiàn)全局的能源優(yōu)化，又可以對(duì)局部問(wèn)題進(jìn)行快速響應(yīng)。然而，這種模式對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求較高，需要精細(xì)的協(xié)調(diào)和控制，同時(shí)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)操作人員的要求更高[4]。

3.2 分布式能源接入配電系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行策略

對(duì)于分布式能源接入配電系統(tǒng)的運(yùn)行策略優(yōu)化，這無(wú)疑是一個(gè)復(fù)雜且至關(guān)重要的任務(wù)，其中涉及如何精確調(diào)度和有效控制各個(gè)分布式能源系統(tǒng)，包括但不限于風(fēng)電、太陽(yáng)能、儲(chǔ)能設(shè)備等，以達(dá)到最佳的運(yùn)行效益。這種優(yōu)化策略的主要目標(biāo)不僅包括提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本，還要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，始終滿足電力需求。

首先，必須對(duì)各個(gè)分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的監(jiān)控和深度分析。通過(guò)采集和分析大量的數(shù)據(jù)，可以全面了解每個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、能源輸出情況以及對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的具體影響。這些關(guān)鍵信息為制定具有針對(duì)性的運(yùn)行策略提供了基礎(chǔ)。

其次，借助先進(jìn)的優(yōu)化算法和控制策略，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化、模糊控制等，制定最優(yōu)的運(yùn)行策略。這些策略應(yīng)能夠根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)需求以及各個(gè)分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行靈活調(diào)整，優(yōu)化各個(gè)系統(tǒng)的輸出，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)性能[5]。

最后，優(yōu)化運(yùn)行策略需要充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者運(yùn)行異常時(shí)，必須能夠迅速、及時(shí)地調(diào)整運(yùn)行策略，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，防止出現(xiàn)連鎖反應(yīng)。

4 結(jié) 論

文章深入剖析了分布式能源的定義及種類，接著研究了分布式能源接入配電系統(tǒng)的規(guī)劃方案，如接入基本準(zhǔn)則、接入位置和容量決策以及面臨的技術(shù)難題及其解決方式，并提出分布式能源接入配電系統(tǒng)的運(yùn)行模式、控制策略以及運(yùn)行策略的優(yōu)化方法。雖然現(xiàn)實(shí)環(huán)境中分布式能源接入配電系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行策略面臨諸多挑戰(zhàn)，但是通過(guò)精心設(shè)計(jì)與適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，可以在滿足電力需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙贏。隨著技術(shù)的發(fā)展和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，有信心能更好地解決這些問(wèn)題，推動(dòng)分布式能源的廣泛應(yīng)用。