西藏自治區分布式能源控制系統應用前景概述

西藏民族大學 陜西 咸陽 712082

一、引言

近年來,智能電網技術成為國際能源領域的研究熱點與關注重點。世界各國,特別是發達國家了掀起一股研究與應用的熱潮。中國也不例外,智能電網是我國電網現代化的核心,列入了未來十年的發展規劃。微電網是智能電網的重要組成部分,跟蹤國際電力技術的最新發展動向,開展微電網基礎理論與應用技術研究,為可再生能源分布式發電技術在電力系統中的普及應用、及智能電網技術的發展提供科學技術依據與工程實踐經驗,以促進智能電網技術的快速發展。

二、分布式系統國外的研究現狀

美國是最早發展分布式發電的國家之一,全球大多數商用分布式發電設備是由美國提供的。美國在2001年頒布了IEEE P1547/D08“關于分布式電源與電力系統互聯的標準草案”[1],并通過了有關的法令讓分布式發電系統并網運行并且向電網售電。2009年,新任美國總統奧巴馬提出了在美國發展智能電網的倡議,并大力推動發展可再生能源的普及利用。日本因為能源資源不足,較早的采用了分布式能源系統,且十分重視其與大電網的相互關系,制定了“分布式電源并網技術導則”[2]。自微型電網概念提出后,立即受到了各國的重視,將其視為分布式發電無縫集成到現有電力系統的重要組織方案和技術,微型電網的研究已經有了較大的發展。美國能源部和國家可再生能源實驗室 (NREL)[3]資助威斯康星大學、橡樹嶺國家實驗室、勞倫斯伯克利國家實驗室等研究機構開展微型電網研究,并于2003年在威斯康星大學建成了一個小規模的微電網實驗室.總容量約為80kVA。威斯康星大學實驗和測試了在微型電網不同運行狀態下的多種分布式電源控制器。橡樹嶺國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室則主要開展微電網能量管理系統(EMS)[4]的研究,其結果未能夠得到實現和應用。美國能源部與GE合資,投資400萬美元開發研究一套微電網能量管理系統(MEM)[5],向微電網中的器件提供統一的控制、保護和能量管理平臺。平臺內容包括：1)對控制技術和能量管理技術方面進行研究；2)具體的模型下進行仿真,并構造示范工程用以進行驗證。

基于能源、環境與可持續發展的主題,歐盟支持了一系列與可再生能源和分布式發電接入技術有關的研究項,僅在2002—2006這四年中就有超過一百家機構(包括電力公司,設備制造商,高校和研究機構等)參與了這些項目,其間總預算達3400萬歐元。這些研究項目之間既各有側重又相互聯系,內容涵蓋了從理論研究,技術應用,到市場開發的各個層面,構成了一個相對完整的體系結構。第一個是歐盟第五框架計劃[6],項目基于“微網”的概念,認為將分布式電源以微網的形式接入到大電網并網運行,與大電網互為支撐,是發揮分布式電源效能的最有效方式。

三、分布式系統國內的研究現狀

目前國內外關于微網技術的研究問題主要體現在分布式發電、輸配電、功率控制、儲能、能量管理、經濟運行等多方面。

3.1 微網電源規劃問題 分布式微網優化組網設計方法,微網系統拓撲結構；新型配電系統優化規劃理論和方法。基于理論分析,開發出具有空間負荷預測、分布式電源(微網)容量與位置優化、配電網絡優化、分布式能源結構優化等功能,適合于微網發展的電網規劃決策支持系統。

3.2 能源平衡與控制問題 微網在孤島運行模式下的能量調度控制策略,微網運行模式下電源平穩切入切出的控制策略,分布式發電設備、儲能設備的接口原理與技術。在此基礎上,開發適合于不同分布式電源及儲能系統并網的電力電子接口裝置、快速響應和適應性強的微網綜合調度控制管理系統。

3.3 微網系統實時遠程監控問題 微網中的實時遠程監控技術包括分布式電源的運行監測、負荷監測、電能質量監測、可再生資料數據監測等。通過快速有效的檢測裝置實時獲得各個監測數據,為微網的穩定控制與能量調度提供決策依據。

3.4 電能質量分析與整治 探尋微網運行中導致電能質量下降的原理(如：電壓波動、閃變、頻率誤差、諧波等),微網及含微網配電系統的電能質量檢測及分析理論、綜合控制方法。基于上述研究成果,能研發出含微網配電系統的電能質量綜合整治裝置。

3.5 微網綜合仿真系統開發微網系統中電源穩態與動態建模方法 包括微型燃氣輪機、內燃機、燃料電池、光伏電池等分布式電源以及建立儲能裝置的數值仿真和物理仿真模型的方法。另外,集穩態分析、電磁暫態仿真、機電暫態仿真為一體的微網動態全過程仿真理論與方法,電力交換系統的動態物理仿真方法及實驗驗證理論。開發微網系統的綜合仿真實驗平臺。

3.6 經濟運行問題 分析研究微網經濟運行理論與分布式電源優化調度方法,微網高滲透率下的大規模配電系統經濟調度理論。開發通用微網能量優化管理系統(EMS),構建微網高滲透率下的配電系統綜合能量管理支持平臺。

四、分布式能源控制系統于西藏自治區應用前景

西藏自治區地廣人稀,尤其是偏遠地區電力不穩定,自然資源豐富,水能、風能、太陽能等資源較為分散,這為分布式能源的應用提供了較好的基礎。分布式發電供能系統是由太陽能光伏發電、風力發電、蓄電池儲能系統、干擾發生裝置和電能供需控制系統(Power Demand&Supply Control System)組成的離網發電微網系統,系統組成結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

分布式能源控制系統對西藏自治區能源戰略政策進行探索,為智能電網技術的推廣提供理論依據。智能電網是我國電網現代化的核心,列入了未來十年的發展規劃。微電網是智能電網的重要組成部分,跟蹤國際電力技術的最新發展動向,開展微網基礎理論與應用技術研究,為可再生能源分布式發電技術在電力系統中的普及應用、及智能電網技術的發展提供科學技術依據與工程實踐經驗。自然資源豐富的西藏自治區,通過微電網應用前景分析研究,不但完善西藏高校的學科體系,而且還能根據實驗室建立相應的技術應用研發團隊,從而為自治區的能源戰略提供理論依據。