導(dǎo)語：為了實現(xiàn)能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性,未來配電網(wǎng)將逐漸發(fā)展為具有可再生、分布式、互聯(lián)性、智能化等特征的能源互聯(lián)網(wǎng)。與智能配電網(wǎng)中分布式可再生能源采用局部控制和消納的方式相比,能源互聯(lián)網(wǎng)將通過廣域范圍互聯(lián)與協(xié)調(diào)控制的方式實現(xiàn)多能源的優(yōu)化調(diào)度、互補(bǔ)和共享,從而滿足大規(guī)模分布式電源(DistributedGeneration,DG)安全并網(wǎng)的迫切需求。

1背景及意義

為了實現(xiàn)能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性,未來配電網(wǎng)將逐漸發(fā)展為具有可再生、分布式、互聯(lián)性、智能化等特征的能源互聯(lián)網(wǎng)。與智能配電網(wǎng)中分布式可再生能源采用局部控制和消納的方式相比,能源互聯(lián)網(wǎng)將通過廣域范圍互聯(lián)與協(xié)調(diào)控制的方式實現(xiàn)多能源的優(yōu)化調(diào)度、互補(bǔ)和共享,從而滿足大規(guī)模分布式電源(DistributedGeneration,DG)安全并網(wǎng)的迫切需求。由此,多能源互聯(lián)共享的未來配電網(wǎng)發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題主要包括:

1)為了滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性的要求,如何較好地解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的矛盾?

2)為了適應(yīng)高滲透率水平分布式電源的安全可靠接入,如何大幅度提高配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力?

傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)多以輻射狀、多分段單聯(lián)絡(luò)、多分段多聯(lián)絡(luò)為主,難以適應(yīng)未來配電網(wǎng)的多能源優(yōu)化調(diào)度、互補(bǔ)和共享等新需求,嚴(yán)重制約了配電網(wǎng)對分布式可再生能源的接納能力,為此,本文提出一種雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)以解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的矛盾。該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多能源的優(yōu)化配置和互聯(lián)共享,提高配電網(wǎng)中分布式資源的整體經(jīng)濟(jì)性和利用率,適應(yīng)大規(guī)模分布式電源的安全、可靠接入,提高配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力。

2雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及構(gòu)建方法

2.1雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)是由基本能源聯(lián)絡(luò)線和柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線組成的。

基本能源聯(lián)絡(luò)線是指能夠?qū)崿F(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間能源互聯(lián)的專用聯(lián)絡(luò)線路,它能夠從局部的角度解決本地能源的自然平衡的問題,該線路上的潮流仍呈現(xiàn)自然分布。

在基本能源聯(lián)絡(luò)線上合理配置柔性交流配電(D-FACTS)裝置,實現(xiàn)潮流的雙向調(diào)節(jié)、按需調(diào)節(jié)和快速靈活調(diào)節(jié),稱為柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線,它能夠從全局的角度解決廣域能源的優(yōu)化調(diào)度、互補(bǔ)和共享的問題。

2.2雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法

構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的基本思路是在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間優(yōu)化配置基本能源聯(lián)絡(luò)線和柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線,從而很好地解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的問題,其具體步驟如下:

步驟1:根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性和DG并網(wǎng)情況,選取配電網(wǎng)中能量需要優(yōu)化分配的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

步驟2:根據(jù)能量最優(yōu)分配及投資運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的原則,以網(wǎng)絡(luò)損耗成本、線路和設(shè)備投資成本、停電損失成本以及電壓改善收益等指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù),以節(jié)點(diǎn)電壓、相角、有功功率、無功功率和線路輸送容量等作為約束條件,建立能源聯(lián)絡(luò)線的優(yōu)化規(guī)劃模型。

步驟3:基于上述優(yōu)化規(guī)劃模型,在需要實現(xiàn)能源主動調(diào)度的供電區(qū)域內(nèi)外的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間搭建柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線,并優(yōu)化計算出聯(lián)絡(luò)線上的D-FACTS的安裝位置和容量,在需要實現(xiàn)能量自然平衡的供電區(qū)域內(nèi)外的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間搭建基本能源聯(lián)絡(luò)線,由此形成雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)。

步驟4:為雙層次能源聯(lián)絡(luò)線設(shè)置必要的繼電保護(hù)和安全自動裝置以滿足系統(tǒng)的安全可靠性要求。圖1為構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的方法流程。

圖1構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的方法流程圖

3雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力水平

為了更加快速準(zhǔn)確地計算配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力,本文建立了含DG的配電網(wǎng)的二維多分辨率模型,提出了多因素影響下配電網(wǎng)對DG接納能力的分析方法,并通過33kV環(huán)狀配電網(wǎng)的典型算例對具有雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)的接納能力進(jìn)行了分析計算,仿真結(jié)果如圖2所示,由此得出如下主要結(jié)論:

1)通過仿真計算,當(dāng)考慮電壓和功率損耗的影響,DG的最大準(zhǔn)入容量百分比可達(dá)到37.4%;當(dāng)考慮電壓、功率損耗和線路熱穩(wěn)定極限的影響,DG的最大準(zhǔn)入容量百分比僅達(dá)到20%。由此可見,當(dāng)考慮的制約因素不同時,配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力水平也不盡相同。當(dāng)DG采用大規(guī)模集中接入方式時,配電網(wǎng)的接納能力受到線路熱穩(wěn)定極限和電壓的嚴(yán)重制約。

2)與集中接入方式相比,分散接入后DG最大準(zhǔn)入容量百分比由20%提高到35%,此時配電網(wǎng)接納DG的能力更強(qiáng)。這主要有兩方面原因,一方面單點(diǎn)集中接入方式下DG的實際出力在極大程度上受限于線路最大輸送容量,而多點(diǎn)分散接入方式下則幾乎不受影響；另一方面,小規(guī)模DG分散接入時,輸出功率便于就地消納,易于實現(xiàn)電量平衡,網(wǎng)絡(luò)損耗較小。因此,基于能源互聯(lián)結(jié)構(gòu)的未來配電網(wǎng)中DG宜以分散接入方式為主。

3)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比,采用雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)后DG最大準(zhǔn)入容量百分比由35%提高到53.6%,這是因為雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多能源的優(yōu)化配置和互聯(lián)共享,提高配電網(wǎng)中分布式資源的整體經(jīng)濟(jì)性和利用率,較好地解決了本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的問題。因此,采用雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)可以大幅度提高配電網(wǎng)對DG的接納能力,實現(xiàn)能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性。

圖2采用雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)前后的DG最大準(zhǔn)入容量百分比

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作者及團(tuán)隊介紹

趙珊珊,女,中國電力科學(xué)研究院工程師。主要研究方向為配電網(wǎng)運(yùn)行與控制、分布式電源和智能配電網(wǎng)等。發(fā)表SCI/EI論文7篇,申請國家發(fā)明專利2項和國際發(fā)明專利1項,獲中國電力科學(xué)研究院科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎1項,主要參與國家自然科學(xué)基金項目、國家電網(wǎng)公司科技項目多項。

作者所在研究團(tuán)隊長期從事配電和分布式電源領(lǐng)域的科研攻關(guān)工作,主要研究方向為智能配電網(wǎng)、分布式電源、自愈控制和仿真分析等。該團(tuán)隊先后承擔(dān)了首批國家973計劃項目、首批國家“十一五”科技支撐計劃項目、國家自然科學(xué)基金、國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項目等30余項,承擔(dān)網(wǎng)省電力公司科技合作項目數(shù)百項,并取得了豐碩的科研成果,共發(fā)表論文200余篇,出版專著20余部,獲專利、軟件著作權(quán)50余項,制修訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)80余項,獲國家級、省部級科技獎20余項。