智能電網(wǎng)中分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用研究

摘 要 面對(duì)電力系統(tǒng)不能滿足社會(huì)對(duì)電力能源和供電可靠性日益增長(zhǎng)的需求的問題，具有自愈、清潔、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)的智能電網(wǎng)已成為電力發(fā)展的重要趨勢(shì)。本文介紹了智能電網(wǎng)的概念，特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，提出了智能電網(wǎng)中分布式光伏發(fā)電的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，并對(duì)每個(gè)問題進(jìn)行了深入探討，從而指出了智能電網(wǎng)的未來發(fā)展。

關(guān)鍵詞 智能電網(wǎng);分布式光伏發(fā)電;應(yīng)用研究

引言

在近一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)集中發(fā)電和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拇笮途W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)前，在能源，環(huán)境，經(jīng)濟(jì)和政治等諸多因素的推動(dòng)下，未來幾十年全球電力系統(tǒng)將發(fā)生深刻的變革。發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)都面臨著前所未有的挑戰(zhàn)：①用于傳統(tǒng)火力發(fā)電的煤和石油等化石燃料用盡，人們必須開發(fā)新的可再生能源來滿足不斷增長(zhǎng)的電力需求;②溫室氣體排放引起的氣候變化問題迫使傳統(tǒng)的發(fā)電方式向清潔，環(huán)保的方向發(fā)展;③高度互聯(lián)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備老化問題不容忽視，局部小故障范圍內(nèi)發(fā)生的任何事情都可能迅速傳播并影響整個(gè)電網(wǎng)，近年來頻繁發(fā)生停電事故，充分暴露了電力系統(tǒng)的脆弱性;④電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用使電力用戶對(duì)電能質(zhì)量，可靠性和經(jīng)濟(jì)性提出了越來越高的要求。

在如此嚴(yán)峻的形勢(shì)下，如何確保可靠，安全，環(huán)保，高效，靈活的電力系統(tǒng)已成為21世紀(jì)最引人注目的難題和挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問題，幾年前，歐盟提出了“智能電網(wǎng)”的概念，然后推動(dòng)了智能電網(wǎng)的研究與發(fā)展：智能電網(wǎng)技術(shù)是確保歐洲電網(wǎng)電力技術(shù)質(zhì)量和發(fā)展方向的關(guān)鍵。IBM與全球電力研究機(jī)構(gòu)和電力企業(yè)合作開發(fā)“智能電網(wǎng)”解決方案。現(xiàn)在，中國(guó)的電力行業(yè)也開始關(guān)注智能電網(wǎng)（也稱為“交互式電網(wǎng)”）的發(fā)展：2007年10月，華東電網(wǎng)有限公司啟動(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項(xiàng)目，并有望到2030年完成華東電網(wǎng)的建設(shè)。但是，當(dāng)前的電力系統(tǒng)還遠(yuǎn)未達(dá)到未來的智能電網(wǎng)。在現(xiàn)階段，進(jìn)一步定義智能電網(wǎng)，探索，研究和解決智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)過程中的各種技術(shù)問題，對(duì)于不斷完善當(dāng)前電網(wǎng)功能和逐步實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)具有重要意義。

1智能電網(wǎng)的概念與結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，由于不同國(guó)家根據(jù)國(guó)情對(duì)智能電網(wǎng)有不同的需求和考慮，因此，對(duì)智能電網(wǎng)還沒有一個(gè)統(tǒng)一而清晰的定義。廣義上講，智能電網(wǎng)可以優(yōu)先考慮清潔能源的智能調(diào)度系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)定價(jià)的智能計(jì)量系統(tǒng)以及可以通過調(diào)整發(fā)電和電氣設(shè)備的功率來優(yōu)化負(fù)載平衡的智能技術(shù)系統(tǒng)。圖1顯示了未來智能電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)。電能不僅從集中式發(fā)電廠流向輸電電網(wǎng)，配電網(wǎng)和用戶，而且還擴(kuò)散到電網(wǎng)中各種形式的新能源和清潔能源中：太陽(yáng)能、風(fēng)能、燃料電池、電動(dòng)汽車等。此外，高速雙向通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制中心與電網(wǎng)設(shè)備之間的信息交互，先進(jìn)的分析工具和決策系統(tǒng)確保了智能電網(wǎng)的安全，穩(wěn)定和優(yōu)化運(yùn)行[1]。

通過分析和比較歐美國(guó)家對(duì)智能電網(wǎng)的定義，可以總結(jié)出智能電網(wǎng)的五個(gè)關(guān)鍵特征。自愈：實(shí)時(shí)掌握電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)電網(wǎng)的運(yùn)行趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)快速診斷隱患，防止故障發(fā)生;當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，它可以快速隔離故障，并在沒有人工干預(yù)的情況下恢復(fù)自身，從而避免大規(guī)模停電的發(fā)生。兼容性：電網(wǎng)可同時(shí)適應(yīng)集中發(fā)電和分布式發(fā)電兩種方式，實(shí)現(xiàn)與負(fù)荷側(cè)的互動(dòng)，支持接入各種清潔，綠色和可再生能源，滿足電網(wǎng)與自然環(huán)境的和諧發(fā)展。優(yōu)化：優(yōu)化資產(chǎn)規(guī)劃，建設(shè)，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)等，提高資產(chǎn)的利用效率，降低運(yùn)營(yíng)，維護(hù)和投資成本。交互：實(shí)現(xiàn)與用戶的智能交互，有效進(jìn)行電力交易，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化分配，提供最佳的電能質(zhì)量和供電可靠性。集成：實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，控制，保護(hù)，維護(hù)，調(diào)度，電力市場(chǎng)管理等數(shù)字信息系統(tǒng)的全面集成，形成完善的輔助決策系統(tǒng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，智能電網(wǎng)相對(duì)于當(dāng)前電力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：①具有早期發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)問題并采取糾正措施的能力;②接受更多的數(shù)據(jù)和信息并做出回應(yīng);③系統(tǒng)的快速恢復(fù)能力;④快速適應(yīng)電網(wǎng)變化，進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu);⑤為操作人員提供先進(jìn)的視覺輔助系統(tǒng)。

2分布式能源的智能管理系統(tǒng)

分布式能源是指安裝在用戶端的綜合能源利用系統(tǒng)，主要包括分布式電源和分布式能源存儲(chǔ)系統(tǒng)，以及負(fù)荷側(cè)能源管理系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。其中，分布式電源的形式包括風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電，微型燃?xì)廨啓C(jī)和小型水力發(fā)電等，而分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)包括燃料電池和蓄電池等。在丹麥，芬蘭和挪威等北歐國(guó)家，分布式發(fā)電的現(xiàn)有裝機(jī)容量已超過其總裝機(jī)容量的30%。可以預(yù)見，在不久的將來，分布式能源將進(jìn)入數(shù)百萬個(gè)家庭。

但是，當(dāng)整合大量的分布式能源時(shí)，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，能源形式，潮流，信息交換和控制方式變得更加復(fù)雜。因此，可以從以下幾個(gè)方面研究由分布能量引起的問題。

分布式能源運(yùn)行管理優(yōu)化。一方面，風(fēng)能，光伏發(fā)電等分布式電源具有間歇性的能源特性，因此有必要通過實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確的發(fā)電量和負(fù)荷預(yù)測(cè)來優(yōu)化分布式電源的調(diào)度和管理，以達(dá)到確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電可靠性。另一方面，通過分布式儲(chǔ)能裝置，保持發(fā)電量和電網(wǎng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)平衡，除了大容量的電池儲(chǔ)能裝置外，大量的混合動(dòng)力汽車電池也將是重要的分布式儲(chǔ)能的形式以及一種新型的負(fù)載，它可以用作能量存儲(chǔ)設(shè)備來補(bǔ)償峰值功率負(fù)載中的電量，并且在負(fù)載較低時(shí)可以吸收和存儲(chǔ)電量，因此汽車電池?cái)?shù)量的監(jiān)控和調(diào)度管理將是分布式能源管理的重要內(nèi)容。

分布式能源準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃方案。基于現(xiàn)有的分布式電源訪問標(biāo)準(zhǔn)IEEE1547系列，考慮到并網(wǎng)的不同類型，容量和數(shù)量的影響，對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改進(jìn)和補(bǔ)充。同時(shí)，由于低壓配電網(wǎng)，大量的分布式能源接入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不再由垂直輻射的發(fā)電，傳輸和分配，而是類似于互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸模式，能量雙向新布局的定向流向，因此必須合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)分布式電源的類型，安裝位置和容量等，有效地發(fā)揮分布式能源的作用，提高電源的可靠性。

新的保護(hù)方法和技術(shù)。由于接入大量的分布式能源和潮流的雙向流動(dòng)，繼電保護(hù)的工作原理和操作邏輯變得更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法和保護(hù)原理將不再滿足要求。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以適應(yīng)變化，并在電網(wǎng)發(fā)生故障或故障時(shí)實(shí)現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)，將故障影響范圍限制在最小，并快速恢復(fù)供電[2]。

3光伏發(fā)電工作原理

光伏陣列轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電能與接收到的光強(qiáng)度有關(guān)。光強(qiáng)度隨著季節(jié)和時(shí)刻的變化而變化，因此光伏發(fā)電的輸出功率不是恒定的。考慮到光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池容量不是很大，逆變器直接發(fā)光后，變壓損失到電網(wǎng)，并在深夜，由于價(jià)格低廉，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行充電，直到高峰負(fù)荷，價(jià)格較高，用戶可以獲得收益，可以緩解電網(wǎng)壓力。

4結(jié)束語(yǔ)

將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集成到智能電網(wǎng)中，可以起到降低系統(tǒng)峰值負(fù)荷的作用，對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行和能源的充分利用具有重要作用。為低壓配電網(wǎng)提升電壓，減緩降壓效果;系統(tǒng)重載線路的負(fù)載率降低，并且系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性不受威脅。當(dāng)然，將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集成到智能電網(wǎng)中也會(huì)帶來一些需要解決的負(fù)面問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 盛萬興，吳鳴，季宇，等.分布式可再生能源發(fā)電集群并網(wǎng)消納關(guān)鍵技術(shù)及工程實(shí)踐[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，39（8）：2175-2186，1.

[2] 肖湘寧.新一代電網(wǎng)中多源多變換復(fù)雜交直流系統(tǒng)的基礎(chǔ)問題[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2020，30（15）：1-14.

作者簡(jiǎn)介

方尚兵（1987-），男，湖北監(jiān)利人;畢業(yè)院校：三峽大學(xué)，專業(yè)：電力系統(tǒng)自動(dòng)化、行政管理，學(xué)歷：本科雙學(xué)位，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：國(guó)家電投集團(tuán)廣西電力有限公司，研究方向：新能源項(xiàng)目開發(fā)，綜合智慧能源項(xiàng)目開發(fā)工作。