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主动配电网通过分布式能源、可控负荷、DFACTS设备的组合控制和网架结构的灵活调整,实现优化运行与管理,其关键技术包括综合规划、协调控制、能量管理、效益分析等。文章对贵州地区开展主动配电网建设的示范条件进行了论述与分析,从分布式能源状况、改造难度和成本、工程效益等方面对示范工程建设条件进行了分析,并结合贵州清镇地区示范条件提出适合其推广应用的关键技术,所提出的内容对其他地区开展主动配电网建设具有参考价值。
0、引言
近年来,分布式间歇性电源发电渗透率的明显提高对配电网控制提出了新的挑战。针对这种高分布式发电渗透率、高控制要求的配电网发展趋势,国际大电网会议C6委员会提出了主动配电网(ADN)的基本定义。定义中指出:主动配电网通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流,是能够对不同区域中的分布式能源设备(distributed energy resource,DER)进行主动控制和主动管理的配电系统。其中,DER包括:分布式发电(distributed generation,DG)、储能系统(energy storage system,ESS)、可控负荷(controllable load,CL)等。其中DG主要为可再生能源,包括光伏发电、风能发电等;CL包括电动汽车(electric vehicle,EV)、响应负荷(responsive load,RL)等。ADN的基本定义和组成构想目前已经得到了包括IEEE和CIRED在内的国际学术界组织的广泛认可。
主动配电网通过先进的信息、通信、电力电子以及自动控制技术对各种类型的分布式能源进行组合控制,满足绿色可再生能源的高度利用以及实现配电网双向潮流灵活控制的配电网络,是能从根本上解决配电网高度兼容分布式能源的有效技术手段,也是配电网未来的主要发展模式。我国政府、电网公司对于主动配电网中包含的各类分布式能源的发展始终持支持的态度。国家发展与改革委员会在2013年7月18日印发《分布式发电管理暂行办法》,为分布式发电的发展做出了有利的政策引导。同时,为了应对风电和光伏发电的间歇性和随机性,实现最大能力消纳间歇式能源、提高系统运行的经济性和可靠性、减少系统运行风险的技术手段等方面的研究仍在不断深入进行。国外方面,据统计,截至2013年,世界范围内共有包括美国、澳大利亚、日本、意大利、德国、英国等在内的11个国家和地区开展了24个具有创新性的ADN项目。其中,欧盟开展了ADINE、ADDERSS、GRID4EU等代表性的ADN示范项目:①ADINE项目主要以配电网络对高渗透率DG的开放兼容为目标,重点研究内容包括:智能配电自动化、ICT和ANM控制技术等,项目展示了可使DG接入更加方便的解决方案,提出了可适应大规模DG接入的系统保护配置、电压控制、故障穿越和防孤岛等策略。②ADDRESS项目于2008年开始实施,历时4年,11个国家参与,重点研究智能配电网理念下以“主动需求(AD)”为核心的用户侧需求响应技术。该项目建立了用于实时数据处理的大型、开放式电力通信网络,大规模实验并应用实时激励等需求侧管理技术,验证了AD对系统效益的积极作用。③GRID4EU项目由6家欧盟国家配电系统运营商共同参与,预计2015年结束,总资金约5000万欧元。项目主要涉及智能配电网的规划、运行及控制关键技术、标准制定,以及成本—效益分析等方面内容,相关成果要求在欧洲范围内具有可扩展性和可重复性。
国内方面,在密切跟踪主动配电网技术前沿的同时也在积极进行试点示范工程建设,2012年开展了863项目“主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用”研究,并在广东电网进行示范。2014年起,“多源协同的主动配电网运行关键技术研究及示范”分别在北京、福建、贵州开展研究与示范建设。
作为消纳上述分布式能源的主体,主动配电网具有主动控制特征,应在开展工程建设时提出因地制宜的技术解决方案,并且就建设条件进行详细的前期考察。本文首先对国内外主动配电网示范工程进行了概述,在此基础上结合贵州电网的实际现状,对贵州省推行主动配电网技术的必要性和建设条件进行了论述与展望。
1、示范地区选址原则分析
1.1在中压配电网范围选址分析
主动配电网是实现大规模间歇式新能源并网运行控制、电网与充放电设施、负荷互动、智能配用电等电网分析与运行关键技术的有效解决方案。主动配电网示范工程选址通常集中于10kV及以下配电网络,即中低压配电网范围,选择这一电压等级的主要原因如下:
1)从配电网调度层面来看,目前配电网主要管理范围是110kV和35kV的高压配电网,其管理技术、设备都相对较为完善。与此相对的,中低压配电网各种控制技术发展较为滞后,这主要由于两方面原因导致,一方面是因为中压配电网分布非常广泛,虽然呈辐射状分布,但总体线路数量庞大难以选择合理的管理方式;另一方面目前中压配电网的自动化水平不高,三遥比例较低,可观测性较差。主动配电网控制技术可以有效填补这一空白,实现中低压配电网的有效管理。
2)从配电网现状来看,由于主动配电网的核心目标之一是实现电网与充放电设施、负荷之间的互动,目前配电网负荷完全集中于10kV及以下的中低压配电网,10kV及以下电压等级已经可以充分满足电源—负荷之间的互动需求。
3)从主动配电网定义来看,主动配电网需满足:“可以综合控制分布式能源(分布式电源、柔性负载和储能)的配电网,可以使用灵活的网络技术实现潮流的有效管理,分布式能源在其合理的监管环境和接入准则基础上承担对系统一定的支撑作用。”分布式能源是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施,分布式能源距离电力用户近,输电损耗小,可以实现高效利用;同时利用分布式能源可以有效减缓电网压力,实现有功功率的就近提供和无功功率的就近补偿。主动配电网中的分布式电源通常容量较小,为了实现分布式能源的有效监管,如果选择35kV电压等级以上配电网,其负荷远大于分布式电源出力,难以实现分布式电源和负荷的互动,从而不能有效反映出主动配电网对分布式电源的控制能力。
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