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双碳目标下配用电系统的新使命和新挑战

2022-08-04 13:20来源:数字电网技术与标准关键词:配电网智能配电网主动配电网收藏点赞

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在“碳达峰、碳中和”目标的驱动下,能源革命和数字革命相融并进,传统配电网正逐渐演变为以新能源为主体、融合新能源-配电网-负荷-储能的有源(主动)配用电系统,呈现出不断变化着的新的体系形态。

面对科技发展和社会要求的提升,配电系统正面临着组态模式颠覆、企业转型升级、产品更新换代的巨大挑战和前所未有的机遇。

本文就配电网的发展演变过程、双碳目标激励作用下未来配用电系统的主要形态特性、建立新型配用电系统的使命与挑战以及未来技术研究方向等方面进行分析和讨论,旨在为配用电系统变革发展提供新的思路。

(本文授权转载自公众号“数字电网技术与标准”)

配电网的发展历程

配电网作为电力系统相对薄弱环节,其结构和功能随着科技和社会发展不断革新,发展至现今形成数字化主动配电系统的过程如图1所示,未来将向着综合能源体系下的新型配用电系统发展。

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图1配电系统技术演进示意图▲

01传统交流配电网

经过20 世纪中末期的发展,电网系统在技术上日趋成熟,配电网规模不断扩大,形成了互联互通的传统的高、中、低压配电网体系。此时配电网功能仅为单纯的电力分配,实现“电从远方来”的用电场景。

02智能配电网

随着电力电子设备的使用以及通信技术的发展,配电网的电力调度实现了自动控制,电能质量得到保证。计算机技术的发展也为配电网的设计建设、仿真验证、监控检测提供了工具,电网防护水平和安全预警能力得到显著提高。

智能配电网的保护控制、配电自动化、以及故障定位排除能力,使配电网供能可靠、能够实现网络自愈、排除意外停电风险等。同时,用户侧参与电网调节,形成“源-网-荷”互动的智能配电网雏形。

03主动配电网

分布式能源的大量接入与应用对系统潮流分布、电压水平、短路容量等原有电气特性造成了显著影响。主动配电网是指可以综合控制分布式能源的配电网,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。

主动配电网旨在解决配电侧兼容大规模间歇式新能源,提升绿色能源利用率以及调整一次能源结构等问题。

04数字化主动配电系统

数字化主动配电系统是随着数字技术在配电领域形态演进而发展出的综合性交叉技术领域,是现今配电网发展所处的重要阶段。

数字化主动配电系统是遵循电力信息安全标准和统一数据模型,建立与配电物理系统相匹配的虚拟孪生系统,基于“知识(经验)+数据+模型+算法+算力+软件定义+空天地通信”构造先进的数字技术体系,统筹源-网-荷-储-柔多元灵活性资源,协同感知、分析、决策等运行运营环节,形成分层、分级、分区管控的配电数字系统架构和分析决策体系,实现配电设备数字化、系统数字化和全业务流数字化。

05未来综合能源体系下的新型配用电系统

综合能源系统中源-网-荷-储相关技术的发展极大地增加了配电系统的灵活复杂程度。系统运行方式从集中统一调度逐渐过渡到分层分级、区域优化控制。分布式能源和柔性负荷合一的能源聚合体催化着新的供用电商业模式的产生,区块链等技术的应用正在萌发和孕育着全新的生态。

在外部逐渐发展的技术条件和需求激励下,未来综合能源体系下的新型配用电系统正蓄势待发。

新型配用电系统形态特征

01分布式主体作用强化

主动配电网虽已具备分布式电能管控能力,但在双碳目标推动下,配电侧在关注经济性可靠性的同时,对分布式能源的低碳化和灵活性程度有了更高要求,在多能互补与清洁能源消纳中承担起灵活程度更高、可控能力更强的分布式角色。

02强耦合强关联的复杂大系统形态

新型配用电系统将同时具有动态多时空多尺度差异的源、高渗透分布式的大规模新能源、多维强耦合非线性的随机系统以及用户侧灵活可控的柔性负荷。

03调控方式多样灵活

随着分布式主体的增多和复杂化,集中式控制向分布式控制逐渐过渡,源随荷动将向源荷互动,分层分级,区域优化转变,区块链技术以及分布式优化技术在交易、调度方面将发挥关键作用。

04中低压直流配用电技术助力

高比例可再生能源的快速增长、负荷柔性化与直流化的趋势、资源市场的多元化、人工智能技术与数字技术的发展等因素催生了中低压直流供用电技术。

该技术指在发、储、用一体化的全直流生态下以直流共母线为全直流负荷供电的新型、绿色、高效的技术。

05数字化加持赋能

构建新型配用电系统是一项具有内在复杂性的系统工程。从结构上看,新型配用电系统属于一类典型的信息物理社会系统,具有多参与主体关联、多业务环节耦合、多类型要素资源协同、多目标/约束制约等特点,而在这个环节中,数字技术被寄予厚望。

新型配用电系统的使命和挑战

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图2新型配用点系统的发展目标▲

从全面系统的角度出发,配用电系统的基本任务和先进性目标依然是功能安全、性能可靠、经济高效、技术绿色、智能数字五大维度的现代化和最优化,如图2所示。

在实现目标的过程中,主要有以下几个矛盾亟待解决:

1大规模新能源接入与系统安全稳定性的矛盾;

2复杂不确定性与系统经济性的矛盾;

3数字智能化与系统经济安全性的矛盾;

4多调控手段与系统可靠性的矛盾。

构建新型配用电系统面临的最大挑战是:不断增长的电力需求和安全、可靠、经济、清洁、智慧电能供应之间的矛盾。

新型配用电系统的使命就是:既要确保安全可靠的电力能源供应,又要达到绿色环保、经济高效、智能数字、可持续发展的目标,同时培养新一代复合型电力能源人才,保障电力能源体系转型升级,更新换代。

未来的主要技术方向

纵观当前配电网,“源-网-荷-储”各个环节都发生了深刻的变革。从宏观来看,有以下主要技术方向值得关注。

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图3未来应该关注的技术方向▲

归根结底,新型配用电系统是实现效率提升和绿色可持续发展的必由之路,是传统电力系统的继承和进化,在深度和广度、技术和方法等方面都赋予了新的内涵和外延。总之,为了实现综合能源系统这一未来的理想目标,应以新型配用电系统的实现为前提和基础,科学、理智、有序地发展。

结 语

“碳达峰、碳中和”已成为实现可持续发展的重要共识。综合能源体系下以新能源为主体、含高比例电力电子装备的未来电力能源系统正在形成,配用电行业面临着前所未有的大变局。

面对新挑战,新机遇,亟需新理念,新思路,“与众不同”的创新才是科学真正的价值。在科研创新方面,要做真学问,追求原始创新。跳出大电网,交流电的思维模式和束缚,深入研究新市场,新模型、新算法,新规划、新技术。

○来源:马钊,张恒旭,赵浩然,王梦雪,孙媛媛,孙凯祺.双碳目标下配用电系统的新使命和新挑战[J/OL].中国电机工程学报.

原标题:双碳目标下配用电系统的新使命和新挑战
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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