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3 接入RES对配电网运行效率的影响与降损措施
3.1 接入RES对配电网运行效率(损耗)的影响
分布式能源的接入使得配电网馈线中传输有功、无功大小和方向发生改变,从而引起配电网节点电压分布及网络损耗的变化。EPRI针对图6所示的简单算例研究了RES对配电网运行效率的影响,其中不同负荷水平下线路损耗随RES的变化情况如图7所示,可见接入RES的系统效率并非一成不变,而是取决于分布式电源的位置、与负荷的不平衡量以及网络的拓扑结构等因素,因此当RES接近负荷时并不总是意味着损耗较低。在上述研究中忽略了RES设备中的损耗、RES侧线圈中的损耗以及与RES互连变压器中的损耗。
图6研究RES对配电网损耗影响的算例
图7不同负荷水平下线路损耗随RES的变化
3.2 提高配电网运行效率的其他措施(CVR和VVO)
降低配电网损耗、提高运行效率最快捷有效的措施还有降压节能(conservationvoltagereduction,CVR)和电压/无功优化(voltage-varoptimal,VVO)等,这些措施可以减少空载损耗、提高某些负荷设备的效率,以及实现更好的电压无功控制。
降压节能CVR措施可以减少线路、变压器和终端设备的损耗。EPRI的研究发现,家用电器设备运行在114–120V范围内要比运行在120–126V范围内消耗的能源更少。随着测量技术和通信系统的发展,CVR渐渐成为提高智能配电网运行效率成本最低的方法。
电压/无功优化VVO是在保证电网安全可靠的前提下,通过合理的调压措施来分配电网中的无功潮流。调压措施既包括如投切无功补偿设备、调节变压器分接头这样的传统方式,也包括如控制边界电网(edge-of-grid)电压这样的新方法,后者还能够使网络容纳更多的可再生能源。无功潮流优化后可以提高线路和变配电设备的功率因数,从而有效地减少功率损耗。EPRI对利用CVR和VVO提高系统运行效率进行了研究,发现电压每降低1%可减少约0.8%的功率损耗(如图8所示),因此采用CVR措施可使系统传输更多的有功功率。
图8CVR和VVO在节能降损方面的作用
CVR在节能降损方面的效果用CVR因子来衡量,定义为负荷变化百分值与电压变化百分值之比;EPRI的研究结果显示,CVR因子随负荷类型、季节和区域的不同而不同。由于CVR对馈线运行效率的影响相对于负荷变化较小,直接测量CVR因子是一项极具挑战的工作。EPRI建议以月为周期测量负荷,利用回归分析法确定功率和电能的变化量并提取其特性,据此估算CVR因子。
4 与提高系统运行效率相关的法令和政策
为实现在智能配电网中灵活高效地接入高占比RES,离不开相关的法令和政策支持。2009年欧盟委员会发布了能源码设计指令(TheEcodesignDirective,Dir2009/125/EC),构建了一个为能源相关产品的能源效率设置最低法定要求的框架;2010年,欧盟又发布了能源标签指令(TheEnergyLabellingDirective,Dir2010/30/EU),构建了一个为与能耗有关的消费者信息设置标签(将产品从A到G分级)的框架。
这些法令的应用领域涉及直接和间接对能耗有影响的任何设备。前者指使用、产生、传输或测量能源的设备(如电灯、家用电冰箱、洗衣机、洗碗机等);后者指不使用能源但对能源产生影响的设备(如隔离窗)。颁布法令的目的是通过对设备的耗能情况进行定标,引导消费者购买能耗少的产品。
根据意大利电力公司的研究,实施能源码设计指令预计到2020年可以总共节省1.932TWh的一次能源,其中1.162TWh来自电能;与2005年相比,所减少的二氧化碳排放量可以达到欧盟排放交易体系(EmissionTradingScheme,ETS)的要求。今后,欧盟的战略将侧重于进一步落实与提高元件级效率有关的计划政策,在系统级管理业务中考虑能源效率问题,并且更加关注在系统级规划中能源系统效率的动态特性。
5 结语
由于可再生能源发电的特点,无论是以集中式接入高压电网还是以分布式接入配电网,其发电量占比增加都会给电力系统带来随机性和不确定性,若仍采用传统的规划和运行模式,则不仅意味着会产生高昂的电网改造费用,还会降低电力系统运行的效率和效益。
根据欧美国家电力系统的运行经验,如果在规划时配置各种灵活性资源并在运行时给予有效利用,不仅可以减少电网投资费用,而且可以灵活应对各种随机性和不确定性因素,从而提高高占比RES电力系统的效率和效益。
本文结合CIRED2015-RT5的讨论内容,介绍了实现灵活高效智能电网的研究思路和实践案例,侧重于展示对发电侧、需求侧和配电侧灵活性资源的有效利用,以及接入RES和采用节能降损措施时对配电网运行效率的影响,将为中国在提高高占比RES智能配电网运行效率方面的研究提供借鉴与参考。
延伸阅读:智能配电网规划的方法和工具是什么
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