一、为什么要发展主动配电网?
布式电源大量进入配电网,到一定程度,传统配电网将面临“电流倒送”危险。提及主动配电网的研究,有必要先认识一下配电网的概念和分布式电源的特点。
配电网,指的是在电力网中起分配电能作用的网络。打个形象的比喻,如果把电网主网比作人体的“主动脉”,那么,配电网就是四通八达的“毛细血管”,用户则处于这些毛细血管的最末端。
电由大型发电厂发出,流经主网,通过配电网送到用户,就如血从心脏流出,流经主动脉,通过毛细血管输送至全身一样。电流自上而下流动,就如同大河衍变成小河,再从小河衍变成小溪。
在传统的配电网中,线路选型、设备选型、相应的继电保护、潮流控制、计量,考虑的都是单方向流动的特点。
分布式电源的出现,使得用户可以不再被动地接受电网输送的“血液”补给,而是具有了“造血”的能力。但随着分布式电源不断增多,“造血”的量不断增加,其分散性、不稳定性、间歇性的特点,则使得这些新造“血液”不能平缓、定量、持续地输入“毛细血管”。当分布式电源增多到一定的程度,就会影响传统配电网的特性。这意味着,传统配电网的保护、控制策略将失效,电网的供电可靠性将受到影响。
根据国外的经验,分布式电源接入容量原则上不超过配电网容量的30%,否则,电流可能产生倒送,有些保护和控制就会误动。为对日益增长的分布式电源加以有效控制,主动配电网的研究被提上日程。
二、什么是主动配电网?
主动配电网是内部具有分布式或分散式能源,具有控制和运行能力的配电网。
1、配电网的概念出现了外延,随着分布式发电和可再生能源并网的增加,能量的双向流动成为趋势,用户对电能质量、安全性和可靠性要求更高,通过需求侧管理协调当地能源管理以及分布式发电、可再生能源同大规模集中发电的有效整合。
随着电动汽车和充电站的增加,配电网的概念也出现了外延:充电设备普遍功率较大且可能产生谐波污染,不同于一般的商业或居民用电负荷。发展充电网络不仅是建设充换电站与充电桩,还必须配套开展配电网的升级改造,才能满足配电网安全和电能质量的要求。充电网络运营管理平台一方面把电动汽车充电对配电网的影响降到最低,提高系统整体效率;另一方面通过峰谷电价机制,降低用户用电成本支出。
因此,未来配电网的功能是将电源和用户需求有效连接起来,允许双方共同决定如何最好地实时运行。而要达到这一要求,控制水平就要远高于目前配电网的水平,这包括:潮流优化、电压控制和保护技术,以及比目前配电网拥有更多的传感器和自动装置。
2、主动配电网的概念, 主动配电网是分布式电源高度渗透、功率双向流动的配电网络。高度渗透指接入的分布式发电对配电网的潮流、短路电流产生实质性的影响,使得传统配电网的规划设计、保护控制、运行管理方法不再有效。可以说,传统配电网正在向主动配电网转变。
随着以风电、光伏发电等分布式电源在配电网中的渗透率日趋升高,传统配电网的架构发生了较大变化;同时,以风电为代表的新能源做为大规模间歇式能源具有较大波动性,对电网的稳定安全带来影响;还有,电动汽车的充放电对电网的潮流也带来波动,等等。因此,需要对并网机组和充放电装置做好监视和控制,而这些正是主动配电网的功能所在。
3、主动配电网有四个特征,一是具备一定分布式可控资源,二是有较为完善的可观可控水平,三是具有实现协调优化管理的管控中心,四是可灵活调节的网络拓扑结构。
“可观性”体现在,主动配电网控制中心可以监测到主网、配电网和用户侧的负荷和分布式电源的运行情况,在此基础上利用态势感知技术预测其发展状态,提出优化协调控制策略。“可控性”体现在对分布式电源、储能、负荷等的灵活有效控制上。当优化协调控制策略制定出来以后,通过控制中心能够实现有效的执行。
通俗地讲,主动配电网有更大的可观测范围,能掌握更多信息。目前对电网的监测范围只能到配电网,没有办法知道用户更多的实际用信息,比如说,有没有使用空调、安装光伏,有哪些重要设备,更不可能知道用户的用电行为习惯,什么时候洗衣服、开空调……主动配电网却可以知道这些信息,进而主动服务用户,满足用户的需求。
它通过自动采集到的信号,进行数据分析掌握相关信息,为用户提供最优方案。供电企业事先可以将网络和负荷准备好,提醒用户在合适的时机选择用电等。用户可以随时查询到实时的电价,来调整用电行为,节省电费支出,还可以查询到周边分布式电源有哪些,自主选用,实现一定区域内的电力资源最优分配等。
主动配电网的“主动”,还体现在对有可能出现的危险进行预判,并制定一定应对策略,通过控制中心有效执行,而不是像传统配电网只能在故障发生后才被动地采取措施。
这里举一个简单的例子。当即将遭遇暴雨时,哪些线路有可能遭遇雷击,可以通过控制中心对电流进行控制,使其绕过这些线路,防止大面积停电的发生,这需要用上一项关键技术——态势感知技术。
表:主动配电网对配电网提出的新要求