面向可再生能源并網(wǎng)的配電網(wǎng)規(guī)劃研究

姜景芮，何峰，李錚，楊小冬

（1.甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730050；2.國網(wǎng)蘭州供電公司，甘肅 蘭州 730070；3.國網(wǎng)蘭州供電公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，甘肅 蘭州 730050）

能源對(duì)國家來說是極為重要的。能源在歷史發(fā)展的過程中，常常起到推動(dòng)作用。舉例來說，在蒸汽革命和工業(yè)革命期間，能源取得了極大的進(jìn)步。與此同時(shí)，能源經(jīng)常成為引發(fā)爭端和戰(zhàn)爭的誘因。我們可以充分認(rèn)識(shí)到能源對(duì)時(shí)代和國家發(fā)展的重要意義及其復(fù)雜性。目前，可再生能源是能源發(fā)展的最佳方向，而發(fā)電站是其中最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)于如何將可再生能源與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和改善措施合理地結(jié)合起來，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃中還很少，為此，本文對(duì)這一問題進(jìn)行了相關(guān)的研究與分析，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供了一定的參考，對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)際操作具有一定的借鑒意義。

1 分析可再生能源并網(wǎng)

1.1 并網(wǎng)依據(jù)

電力作為一種重要而不可替代的資源，在現(xiàn)代社會(huì)中，由于各種原因，電力生產(chǎn)與利用受到了污染，并對(duì)環(huán)境造成了影響。為此，在現(xiàn)有能源發(fā)展政策框架內(nèi)，將提高非水電可再生能源在全社會(huì)各領(lǐng)域的使用率作為一個(gè)目標(biāo)，全國各地都在積極發(fā)展可再生的非水電能源等相關(guān)問題。為了確保相應(yīng)電力系統(tǒng)在實(shí)際建設(shè)過程中能夠穩(wěn)定運(yùn)行和長期發(fā)展，配電網(wǎng)的整體規(guī)劃工作必須及時(shí)完成下列目標(biāo)。

（1）位置的選擇方面，在接入電網(wǎng)的地區(qū)，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)盡可能接近系統(tǒng)的責(zé)任分配點(diǎn)。

（2）在可再生能源系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，電網(wǎng)可以安全地運(yùn)行，而無須考慮系統(tǒng)當(dāng)前的峰值負(fù)荷或最低負(fù)荷，也無需考慮發(fā)電能力。

（3）在可再生能源系統(tǒng)并網(wǎng)的情況下，雖然對(duì)其他用戶的影響不大，但仍能維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1.2 配電網(wǎng)規(guī)劃模型

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

從圖1可以看出，獨(dú)立運(yùn)行的配電網(wǎng)分別連接上級(jí)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同運(yùn)行。

1.3 上層規(guī)劃模型

從配電網(wǎng)網(wǎng)損靈敏度角度確定主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電源安裝容量以及位置，在主動(dòng)配電網(wǎng)潮流計(jì)算過程中將分布式電源設(shè)為PQ節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)損靈敏度公式如下：

公式（1）中，Pi表示第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的等效有功功率；Qi表示第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的等效無功功率；公式（1）可知，F(xiàn)i值越高，交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)有功網(wǎng)損越高，因此交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)內(nèi)分布式電源單元位置可依據(jù)Fi值大小確定。

節(jié)點(diǎn)i在待選安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n時(shí)，構(gòu)建上層規(guī)劃模型，如下式所示：

公式（2）中，η與P分別表示分布式電源接入總有功與主動(dòng)配電網(wǎng)總有功負(fù)荷之比以及配電網(wǎng)總有功負(fù)荷。

2 可再生能源并網(wǎng)規(guī)劃研究

2.1 技術(shù)方案

（1）提高網(wǎng)線帶寬。在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，為防止電纜或架空線路超出原電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，應(yīng)考慮可再生能源的布局，并予以規(guī)劃。提高電網(wǎng)的公共導(dǎo)線容量，改善電網(wǎng)擁擠狀況。這一提高連接到舊線路的線路能力以及可再生能源電網(wǎng)的線路容量的方法，可以調(diào)整線路容量通信點(diǎn)，解決過載問題。在中期和長期內(nèi)，都應(yīng)將其納入線路規(guī)劃考慮，以便更全面地規(guī)劃電網(wǎng)。

（2）提高變壓器設(shè)備的功率。增大變壓器設(shè)備功率的方法與增大線路容量相似，這一辦法還經(jīng)常被用來將可再生能源并網(wǎng)，或者替換舊的變壓器，這樣系統(tǒng)就可以與更大的可再生能源系統(tǒng)相連接。

（3）減小傳輸線長度。這一辦法可以通過改變電源線的位置來實(shí)現(xiàn)；重新設(shè)計(jì)可再生能源與電網(wǎng)之間的線路，選擇低阻抗拉線來減少不可再生能源的使用。

（4）重設(shè)電網(wǎng)常開點(diǎn)的位置。在德國減少配電網(wǎng)連接點(diǎn)電壓沖擊的眾多解決方案中，重新配置常開電網(wǎng)點(diǎn)的位置常被使用這種方法，但如果不作周密的計(jì)劃，這種方法不僅會(huì)減少與饋線相連的分布式電力系統(tǒng)的總?cè)萘?，而且?huì)增加系統(tǒng)的損耗。所以，它可以作為中期改善計(jì)劃使用，或者電網(wǎng)的長期規(guī)劃。

（5）調(diào)節(jié)變壓器自動(dòng)調(diào)節(jié)器的接點(diǎn)。而在德國，只有中高壓變壓器具有電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所以，調(diào)節(jié)變壓器自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器位置的方法只適用于德國中壓電網(wǎng)。有時(shí)，它也可被省略掉，調(diào)節(jié)變壓器自動(dòng)調(diào)節(jié)器的整體位置，以保持分布式電源系統(tǒng)在變壓器下游接入電網(wǎng)的電壓限制。

（6）增設(shè)變電站。在可再生能源并網(wǎng)條件下，當(dāng)變電站以及各條線路容量都達(dá)到極限的時(shí)候，應(yīng)進(jìn)行變電所擴(kuò)建，但這一做法的成本較高，因此，只有在有大量新能源設(shè)備并網(wǎng)的情況下才采用，以避免不可接受的電壓閃變情況。在我國，當(dāng)前正在加大力度對(duì)風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電的開發(fā)與發(fā)展，這一時(shí)期，如果空間分配允許，要根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的實(shí)際規(guī)劃情況，有選擇性地增加建設(shè)智能中壓變電站。

（7）改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因?yàn)橹貥?gòu)網(wǎng)絡(luò)的投資非常昂貴，所以重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)劃只有在整個(gè)擴(kuò)展和規(guī)劃的過程中才能被考慮。該實(shí)施方案是一個(gè)長期的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充計(jì)劃。

（8）旋轉(zhuǎn)式和非旋轉(zhuǎn)式儲(chǔ)能系統(tǒng)。因?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)可以用來儲(chǔ)存可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，并且可以及時(shí)地為電網(wǎng)提供負(fù)荷所需的電力，所以具有改善可再生能源不穩(wěn)定的特性。但是，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本很高，所以儲(chǔ)能系統(tǒng)只能安裝在中低壓電網(wǎng)中。

2.2 配電網(wǎng)技術(shù)支撐

為了保證整體施工的效率和質(zhì)量，在布點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化施工的實(shí)施過程中，除了緊密結(jié)合理論知識(shí)外，還應(yīng)有效運(yùn)用技術(shù)支持。所以，在配電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際過程中，主要技術(shù)包括以下兩個(gè)方面：

（1）有源配電網(wǎng)的直接通信。采用直流電可以有效地減少電子功率轉(zhuǎn)換器的大量使用，提高實(shí)際生產(chǎn)中可再生能源的效率，并能明顯降低生產(chǎn)成本。

（2）儲(chǔ)存方法。因?yàn)殡娔鼙旧淼奶匦?，在?shí)際應(yīng)用中，電能與其他形式的能源相比具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，但在存儲(chǔ)過程中，它與其他能源相比也有明顯的劣勢(shì)。如何有效地解決電力儲(chǔ)運(yùn)問題，成為現(xiàn)代配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)中的一個(gè)重要內(nèi)容，也將成為當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的一項(xiàng)重大課題。

3 結(jié)語

針對(duì)智能技術(shù)解決接入電網(wǎng)后負(fù)荷、電壓波動(dòng)及電能質(zhì)量問題，在新能源并網(wǎng)發(fā)電后，要保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，確保電力供應(yīng)穩(wěn)定。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，由于用戶側(cè)線路長、電壓低，在可再生能源接入用戶側(cè)時(shí)，出現(xiàn)變頻器控制器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)等問題。長期的規(guī)劃包括作出技術(shù)上的決定，如增建變電站。然而，由于電網(wǎng)改造和增加變電所的技術(shù)費(fèi)用較高，使可再生能源電網(wǎng)與傳統(tǒng)規(guī)劃聯(lián)網(wǎng)，能夠提高配電網(wǎng)規(guī)劃效率，促進(jìn)新能源發(fā)展。本文因研究能力有限，因此，未能進(jìn)行全面研究，因此，希望后續(xù)研究者能夠更加深入地對(duì)其進(jìn)行研究。