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分布式电压/无功控制技术
电压和无功控制并非新概念,所有的配电系统均需要电压和无功控制,以维持母线电压水平,保障较高的功率因素。尤其是目前,电力公司正在采取措施提升电网运行效率、资产管理水平,此时的电压/无功控制技术就更加重要了。
智能电网分析软件可以结合从自动化变电站流过的信息和通过SCADA系统采集的配电网数据进行分析,并推荐配网运行最优的重构结构。电网优化将以最小的线路网损为目标,整合由高级计量设施(Advanced metering infrastructure,AMI)采集的用户数据进行电压调整,同时将电压维持在可接受的水平。预计到2030年,美国566000条配电馈线中的55%都将具备电压/无功控制功能,新建的馈线则将全面实现配电自动化。
在智能配电系统中引入通信技术和设备,将位于变电站和控制中心中的处理器和现有的控制器互联起来,实现信息共享,从而拓宽电压/无功优化控制的能力。这些处理器可根据配电系统层面的参数,采取相应的控制措施来满足需要的电压/无功要求。值得一提的是,现在已经有很多的电压/无功控制器安装了支持IEC61850、DNP3等协议的通信设备,如下图所示。
配电系统的控制器通常采用“独立模式”,即控制器只根据其设备自身的测量信息动作。近年来,随着配网馈线的频繁重构、并网新能源功率波动的影响,在这种动态环境下,电力公司就不得不考虑效率、线损、稳定性这些过去不那么严重的问题。曾经普遍采用的“独立模式”的控制器无法满足新形势下的需求了。因此,必须研发新技术、新设备,要求能根据环境变化,动态协调不同类型的电压/无功控制设备。
为了实现这些目标,电力公司就得部署能够协调所有电压/无功控制设备的电压/无功控制系统。目前,主要有3种系统级的电压/无功优化控制方法。
1、“基于规则”的解决方案:这种方法根据采集的数据,基于确定的规则来决定当前的电压/无功控制措施。这种方法简单,易于理解。但在处理馈线频繁重构以及高渗透率DERs(尤其功率波动性较大的可再生能源)接入情况时比较棘手。
2、“基于模型”的解决方案:高级配电管理系统能够处理动态配网的最优潮流。这种方法可以较好地解决馈线频繁变动的配电网的电压/无功控制问题。当然,系统复杂度和开发费用也明显增大了。
3、自适应的解决方案:简单来说,第三种方案要经过一段时间的学习,然后根据当前测量的实时数据(电气条件、天气状况等)和在同样条件下过去的经验来决定采用哪种方法。自适应方案的主要优点是不需要摸拟系统的运行状况,因此是一个灵活可拓展的解决办法。一些供应商,包括PCSUtilidata和库柏电力系统,目前正在推动这种技术,如下图所示。
智能逆变器技术
逆变器是将直流电能变换为交流电能的设备。逆变器是光伏发电系统中最为复杂的设备,是系统中成本第二高的设备,同时也是系统中最脆弱的环节。光伏电池板一般非常坚强可靠,有长达25年的使用寿命,而逆变器的寿命一般不超过10年。
市场上的逆变器有离网型的、并网型的。并网型逆变器的控制系统整合了包括雷电保护在内的多种功能。现有的逆变器通常根据“主从”原则接入系统。而小型的逆变器模块则应用于小型的光伏系统,比如屋顶光伏发电。研发中的新一代微型逆变器(国内常简称为微逆)有希望克服局部遮挡问题,充分挖掘光伏电池板的发电能力。
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