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1.1 配电设备的技术进展
在规划未来电网时必须考虑电网新元件和用电新设备带来的新功能。CIRED 2015-S5提到在未来电网中可能广泛应用的几种技术,包括故障限流器(fault current limiters,FCL)、正交增压器(quadrature-booster,QB)和电缆。
传统的配网限流措施通常包括网络开环运行、安装高阻配变或升级现有的开关柜等几种。故障限流器FCL是一种新的保护装置,目前主要有预饱和铁芯FCL、超导FCL和电力电子FCL 3种,文献[4]介绍了这几种装置的限流原理、成本、以及实现FCL与电网标准化连接在开关柜和保护方面的要求。截至2015年,英国配网已经安装了4台FCL,并计划到2017年再至少增加5台。2013年,英国GridON电网某33/11kV主站安装了一台10MVA饱和铁心FCL,其快速故障恢复能力使得该网络能够同时运行3台变压器,而安装FCL之前由于故障电流过高而只允许两台变压器并列运行。来自GridON的运行数据显示,在正常运行时,与限流电抗器相比,FCL对网络呈现较低的阻抗;而在发生单相、三相故障甚至多重连续故障时能够快速有效的限制故障电流。所有分析和现场测试表明,虽然FCL的成本高于传统限流措施,但具有更为显著的限流效果,能够极大地提高配电系统的安全性和可靠性;并且随着FCL技术的成熟,其成本会进一步下降,因此具有广阔的应用前景。
正交增压器QB不仅能够提升电网的承载能力,而且可以平衡不同网络间的潮流。文献[6]介绍了一个将QB应用于33kV环网的案例,该案例对调整分接头位置引起的电压变化和负载分配进行了试验,结果表明,QB能够正常实现各种预想功能,同时还能够提升电网的消纳能力,从而使得一台70MW的热电联产机组能够顺利上网。
文献[7]利用光伏发电输出功率的波动对分级电压调节器(step voltage regulator,SVR)抽头切换频率进行评估,并分析了光伏的容量和输出功率波动平滑度对抽头切换功率的影响。
相对于架空线路,电缆具有供电安全、灵活和操作维护费用少的优势,但是由于成本较高,适宜于在中长期运行条件下使用。在欧洲,瑞典是大规模使用电缆的典型代表,芬兰某郊区也因经常出现大风暴,架空线路的安全性受到威胁而大量使用电缆。
1.2 配电系统的技术进展
除了设备层面,对配电网的优化还体现在系统层面。以无功平衡为例,在高占比分布式能源的条件下,传统并网的大型机组逐渐变少,使得系统中无功电源不足,对此一般的做法是安装无功补偿装置。文献[9]提出了一种由配电网向输电网供给无功功率的思路,该方法以发电机的无功输出、变压器的分接头位置、无功补偿容量和网络拓扑结构等为决策变量来优化输配电之间的无功交换功率。对传统配电网系统的优化还体现在对储能系统的控制和运行上。文献[10]主要讨论了储能装置对电力系统规划运行的各种影响,其中包括延迟电网的规划投资、削峰填谷、调节其无功输出的大小以防止母线电压骤降等;文献[11]设计了一个配合风机发电的储能装置的控制运行策略,在实现风电场输出电量最大化的同时可减小输出功率越限的风险,以期在不影响系统稳定的情况下最大化地利用风力资源。
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