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图2产业园区风水互补综合能源系统形态示意图
2.4 园区能源互联主动配电网
产业园区能源互联主动配电网(active distribution network,ADN)是在主网配网协同控制的基础上,具备分布式发电、储能、需求侧响应、柔性负荷和电动汽车等丰富的电源负荷调控手段,能够针对能源互联主动配电网的实际运行状态,以经济性和安全性等为控制目标,自适应调节其网络结构、发电单元及负荷的智能配电网络。
典型产业园区能源互联主动配电网示意图如图3所示。在产业园区能源互联主动配电网中,大量的分布式发电单元从不同节点并网后将导致配电网由传统辐射状的网络变为数量众多的中小电源和用户的互联网络,从传统意义上“配电系统”转变成为一个“电力交换系统”[18-19]。从本质上来看,主动配电网主要包含3方面特征:交直流混合架构、运行态势准确感知以及源网荷协调控制。
图3 产业园区能源互联主动配电网示意图
随着光伏、电动汽车等直流源荷在工业园区中快速增加,传统交流配电网络的兼容性和适应性亟待提高。园区能源互联主动配电网可根据需求采用交直流混合架构,其中直流子配电网为直流源荷的接入提供了极为便利的途径。各类型冲击负载,可再生能源发电和直流负荷可通过DC/DC变压器直接连接至直流配电网络,由于无需传统交流配电网络中的DC/AC环节,有效简化了控制系统,降低了损耗,节省了工程造价。此外,通过交直流双向变流器,可实现对混合网络潮流的柔性控制以及全局系统能量的优化调度和管理。
通过根据园区能源互联主动配电网中各种测量设备的测量和状态估计数据准确判断当前配电网的运行状态,以及基于负荷历史数据和数值天气预报高精度预测负荷/可再生能源信息,可实现对园区能源互联主动配电网态势的全面精确感知。
源网荷协调控制是园区能源互联主动配电网的中心所在,通过对配电网络源网荷对象的主动调控和管理,实现配电网络的低成本高效安全运行以及可再生能源的最大程度消纳。主动配电网的控制要素覆盖源网荷3方面,具体可包括联络开关变化为代表的电力网络控制,可再生能源发电调度为代表的电源功率控制,以及以电动汽车充放电控制策略为代表的灵活互动。
2.5 多能互补综合能源系统
对于大多数产业园区来说,负荷存在用电、用热、用冷等多种用能需求,且用能数量大,节能空间广。因此具有利用多能互补、源网荷储协同技术为工业园区提供能源整体服务的需求,以满足园区多样化的能源需求,提高供能质量,为用户节约用能成本。
产业园区典型多能互补综合能源系统的形态示意图如图4所示。它将电、气、热、冷、氢等多类型能源环节与信息、交通等其他社会支持系统进行有机集成,通过对多类型能源的集成优化和合理调度,实现多类型能源的梯级利用,提高能源利用效率,提升供能可靠性[20-21]。同时,多能源系统的有机协调,对延缓输配电系统的建设,消除输配电系统的瓶颈,提高各设备的利用效率具有重要的作用。在紧急情况下,当电力或天然气系统受到天气或意外灾害的干扰而中断时,多能互补综合能源系统可以利用就地能源为重要用户提供不间断的能源供应,并为故障后能源供应系统的快速恢复提供动力支持。
图4产业园区多能互补综合能源系统形态示意图
综合能源配用电系统结构相对复杂,既包括冷热电联供分布式能源站、分布式光伏等电源设备,也包括电池储能、蓄冷/热储能,还需要依靠电网和冷/热管网进行能量输送,在实际应用过程中,需要根据具体的环境和需求进行综合考虑。
园区综合能源系统涵盖各种形式和特点的多能源环节,既包括可控性较强的能源环节,也包括控制难度较大的强间歇性能源环节;既包括容易存储和转换的环节,也包括难以大规模存储的环节;既包括底层设备的动态,也包括能源系统单元级别的动态,还包括多能耦合作用下的系统级别动态。本质上而言,园区多能互补综合能源系统从时间、空间和行为3个角度呈现多能流、多时标、高维数、大量非线性、多主体等极为复杂形态特征[22]。
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