導語：為了實現能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性,未來配電網將逐漸發(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。與智能配電網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)網將通過廣域范圍互聯(lián)與協(xié)調控制的方式實現多能源的優(yōu)化調度、互補和共享,從而滿足大規(guī)模分布式電源(DistributedGeneration,DG)安全并網的迫切需求。

1背景及意義

為了實現能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性,未來配電網將逐漸發(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。與智能配電網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)網將通過廣域范圍互聯(lián)與協(xié)調控制的方式實現多能源的優(yōu)化調度、互補和共享,從而滿足大規(guī)模分布式電源(DistributedGeneration,DG)安全并網的迫切需求。由此,多能源互聯(lián)共享的未來配電網發(fā)展所面臨的關鍵問題主要包括:

1)為了滿足安全性、經濟性和可持續(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度共享的矛盾?

2)為了適應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對分布式電源的接納能力?

傳統(tǒng)配電網的結構多以輻射狀、多分段單聯(lián)絡、多分段多聯(lián)絡為主,難以適應未來配電網的多能源優(yōu)化調度、互補和共享等新需求,嚴重制約了配電網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)絡線結構以解決本地能源就地平衡和廣域能源調度共享的矛盾。該結構能夠實現多能源的優(yōu)化配置和互聯(lián)共享,提高配電網中分布式資源的整體經濟性和利用率,適應大規(guī)模分布式電源的安全、可靠接入,提高配電網對分布式電源的接納能力。

2雙層次能源聯(lián)絡線結構特點及構建方法

2.1雙層次能源聯(lián)絡線結構特點

雙層次能源聯(lián)絡線結構是由基本能源聯(lián)絡線和柔性潮流調控能源聯(lián)絡線組成的。

基本能源聯(lián)絡線是指能夠實現不同節(jié)點之間能源互聯(lián)的專用聯(lián)絡線路,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自然分布。

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

2.2雙層次能源聯(lián)絡線結構的構建方法

構建雙層次能源聯(lián)絡線結構的基本思路是在網絡的關鍵節(jié)點之間優(yōu)化配置基本能源聯(lián)絡線和柔性潮流調控能源聯(lián)絡線,從而很好地解決本地能源就地平衡和廣域能源調度共享的問題,其具體步驟如下:

步驟1:根據配電網的網絡結構、負荷特性和DG并網情況,選取配電網中能量需要優(yōu)化分配的關鍵節(jié)點。

步驟2:根據能量最優(yōu)分配及投資運行經濟性的原則,以網絡損耗成本、線路和設備投資成本、停電損失成本以及電壓改善收益等指標作為目標函數,以節(jié)點電壓、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,在需要實現能源主動調度的供電區(qū)域內外的關鍵節(jié)點之間搭建柔性潮流調控能源聯(lián)絡線,并優(yōu)化計算出聯(lián)絡線上的D-FACTS的安裝位置和容量,在需要實現能量自然平衡的供電區(qū)域內外的關鍵節(jié)點之間搭建基本能源聯(lián)絡線,由此形成雙層次能源聯(lián)絡線結構。

步驟4:為雙層次能源聯(lián)絡線設置必要的繼電保護和安全自動裝置以滿足系統(tǒng)的安全可靠性要求。圖1為構建雙層次能源聯(lián)絡線結構的方法流程。

圖1構建雙層次能源聯(lián)絡線結構的方法流程圖

3雙層次能源聯(lián)絡線結構配電網對分布式電源的接納能力水平

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

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

2)與集中接入方式相比,分散接入后DG最大準入容量百分比由20%提高到35%,此時配電網接納DG的能力更強。這主要有兩方面原因,一方面單點集中接入方式下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,易于實現電量平衡,網絡損耗較小。因此,基于能源互聯(lián)結構的未來配電網中DG宜以分散接入方式為主。

3)與傳統(tǒng)網絡結構相比,采用雙層次能源聯(lián)絡線結構后DG最大準入容量百分比由35%提高到53.6%,這是因為雙層次能源聯(lián)絡線結構能夠實現多能源的優(yōu)化配置和互聯(lián)共享,提高配電網中分布式資源的整體經濟性和利用率,較好地解決了本地能源就地平衡和廣域能源調度共享的問題。因此,采用雙層次能源聯(lián)絡線結構可以大幅度提高配電網對DG的接納能力,實現能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性。

圖2采用雙層次能源聯(lián)絡線結構前后的DG最大準入容量百分比

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作者及團隊介紹

趙珊珊,女,中國電力科學研究院工程師。主要研究方向為配電網運行與控制、分布式電源和智能配電網等。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,獲中國電力科學研究院科學技術進步一等獎1項,主要參與國家自然科學基金項目、國家電網公司科技項目多項。

作者所在研究團隊長期從事配電和分布式電源領域的科研攻關工作,主要研究方向為智能配電網、分布式電源、自愈控制和仿真分析等。該團隊先后承擔了首批國家973計劃項目、首批國家“十一五”科技支撐計劃項目、國家自然科學基金、國家電網公司重點科技項目等30余項,承擔網省電力公司科技合作項目數百項,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50余項,制修訂技術標準80余項,獲國家級、省部級科技獎20余項。