綜合能源接入電網的管控技術研究

李京 張婭蓮

摘要：近年來，光伏、小水電和小火電等各類綜合能源取得了快速的發展。大規模綜合能源的并網改變了傳統配電網輻射運行、單向潮流的特點，對繼電保護、電壓無功管理和電能質量等均帶來了新的問題和挑戰。綜合能源類型多，數量多，分布廣，特性不一，特別是光伏發電具有隨機性、波動性和間歇性等自然特點，給系統運行管理部門帶來了新的調度運行管理需求，包括綜合能源接入監視與滲透率分析、綜合能源并網電壓無功分析與控制、綜合能源發電功率預測與有序發電管理、以及區域配電網斷面安全控制與優化調度等內容。本文針對綜合能源接入電網的管控技術進行了分析。

關鍵詞：綜合能源接入;電網管控技術;體系研究

一、電網運行的安全性及穩定性現狀

在綜合能源接入電網之前，關鍵是確保電網的穩定性，穩定的電力供應是經濟發展的基礎。無論是企業還是設備，都需要穩定的電力。特別是在網絡技術時代，大多數科學研究都依賴于電子計算機，一旦電力供應不穩定，遭遇大規模停電或強電流沖擊時可能會對計算機或其他儀器造成巨大損害。所以，穩定性是電力使用的前提和核心。

（1）數據反映的信息較少。數據在任何系統中都扮演著十分重要的角色，它一般具有控制和分析的作用。當電力不穩定的情況發生時，通常是由數據檢驗未到位和數據分析不徹底等原因造成的。所以，在建設電網系統時，必須要有專門的數據監控人員對收集的數據進行分析并找到隱藏在已知數據背后的潛在數據。只有建立了強大的數據采集和監控系統才能保障電網的正常運轉。

（2）安全性和穩定性的定量顯示。隨著電力系統的發展，研究人員面臨的問題是數據越來越大，越來越復雜，這些復雜的數據組合極難控制，而如何監控這些數據成為一個問題。因此，研究人員將為網格的整體情況發布一個標準值，這是一個定量值。當根據該數量監視電網的所有操作時，電網將處于穩定狀態，這種定量的出現也使監管機構更加便利。但是，現有的參數列表不夠簡潔，因此產生了主觀需要高質量的問題，增加了國家電網的勞動力成本。

二、對分布式能源系統

分布式能源是一種節能、環保、低功耗的新能源系統，它通常分布在電力負荷周圍，布局小，可以適應周圍環境。分布式能源系統通常由用戶和電力公司使用，以滿足高負荷需求。分布式能源具有豐富的實施形式和實施技術，如分布式太陽能技術、分布式生物質能技術和燃料電池技術，改變了傳統能源單一形式的缺陷，有效地提高了用電質量。在分布式能源系統中，繼電保護裝置檢測是一項重要技術，它對電網運行和分布式能源的使用具有重要影響。

三、綜合能源系統

綜合能源系統是指利用先進的物理信息技術和某一地區創新的管理模式，整合區域內的煤、石油、天然氣、電能、熱能等能源，實現各種異構能源子系統之間的協調規劃，使之優化運營、協作管理、互動響應、互補互助。在滿足系統多樣化的能源需求的同時，能有效提高能源效率，推動發展可持續能源的新型能源系統。

綜合能源系統有三個含義。（1）為實現多元化的能源綜合管理打破不同能源直接的障礙;（2）創新性的發現能源的互補替代性，開發轉換和存儲的新技術，提高能源開發和利用效率，并打破技術壁壘;（3）是創新的市場模式，建立統一的市場價值衡量標準和價值轉換媒介。能源的轉型和互補可以反映經濟和社會價值，并不斷挖掘新的潛在市場。

綜合能源系統可將各種能源統籌至電網中并進行協調管理，但仍有許多技術問題需要解決。例如：傳統的汽車碳排放是人類碳排放的主要來源之一。據科學家估計，全球汽車每年向大氣排放的二氧化碳超過4×109t，占人類碳排放總量的20%以上。工業部門和電動汽車的排放是實現低碳交通的關鍵技術之一。能效分析表明，電動汽車的能效比傳統燃料汽車高出46%以上。更值得注意的是，由于功率裝置的不同，使用V2G模式的電動車輛用電動馬達代替燃料機器，并且使用清潔的二次能量為車輛提供動力而不會在駕駛期間產生CO2排放。即使我們考慮電力生產過程中的CO2排放，與傳統汽車相比，純電動汽車的碳減排潛力也在13%到68%之間。混合動力電動汽車還可以實現30%的碳減排能力。如果將V2G模式，10萬輛電動汽車集中到電網，它可以取代4×105kW的火電峰值裝置。用上面的公式計算，那么V2G模式的凈收益將達到1096.7萬元。電動汽車集群和電力公司大致分開，年收入548萬元。每輛電動汽車每年收入548元，每輛電動汽車每年僅需24h放電（總計96kWh）。從這一點可以看出，智能電網和綜合能源系統將在未來帶來巨大的利益，但也帶來了巨大的挑戰。以V2G為例，對于單體循環壽命為800～1000次的鋰離子電池，在將組技術應用于電動公交車后，循環壽命僅為400～600次，有些甚至更低。目前，電動汽車中使用的幾種電池各有優缺點，它們都不能真正占據各種性能的優勢，這是電動車輛應用領域中各種蓄電池共存的主要因素。顯然，如果要推廣V2G型號，有必要研究使用具有更高循環壽命的電池。

中國智能電網的發展，儲能問題比較大。首先，儲能容量有限，當使用峰值時，對于功耗小的用戶可以保證能量存儲容量，但是難為大型工業企業等大型消費者調整電源。此外，在能量存儲效率方面存在技術問題，充電通常需要很長時間，充電和放電時間與應急要求之間存在矛盾。在儲能技術領域，國外，特別是美國和日本，已經開始初期研究，在工程方面取得了許多成果和豐富的實踐經驗。由于國內研究起步較晚，相關技術與國外仍存在差距，尤其是飛輪儲能等先進儲能系統。此外，外國在電力電子接口和能量存儲系統的高效轉換等技術方面也處于領先地位。

四、結語

綜合能源系統的發展基于分布式電力和微電網技術的發展，這也是智能電網的發展方向。然而，目前的綜合能源系統無法有效地連接到智能電網，因為綜合能源系統的能源需求太大而無法通過當前電網來滿足。只有當這項技術成熟時，集成能源系統才能成功實現電網連接。

參考文獻：

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作者介紹：

李京（1985.10.2），性別：男;籍貫：湖北;民族：漢;學歷：本科、學士;職稱：高級工程師;研究方向：電力市場營銷。

張婭蓮（1986.3.26），性別：女;籍貫：湖北;民族：漢;學歷：碩士研究生;職稱：工程師;研究方向：電力市場營銷。