導語：為了實現能源利用的高效性、安全性和可持續性,未來配電網將逐漸發展為具有可再生、分布式、互聯性、智能化等特征的能源互聯網。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,能源互聯網將通過廣域范圍互聯與協調控制的方式實現多能源的優化調度、互補和共享,從而滿足大規模分布式電源(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、安全性和可持續性,未來配電網將逐漸發展為具有可再生、分布式、互聯性、智能化等特征的能源互聯網。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,能源互聯網將通過廣域范圍互聯與協調控制的方式實現多能源的優化調度、互補和共享,從而滿足大規模分布式電源(DistributedGeneration,DG)安全并網的迫切需求。由此,多能源互聯共享的未來配電網發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?

傳統配電網的結構多以輻射狀、多分段單聯絡、多分段多聯絡為主,難以適應未來配電網的多能源優化調度、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化配置和互聯共享,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 雙層次能源聯絡線結構特點及構建方法

2.1雙層次能源聯絡線結構特點

雙層次能源聯絡線結構是由基本能源聯絡線和柔性潮流調控能源聯絡線組成的。

基本能源聯絡線是指能夠實現不同節點之間能源互聯的專用聯絡線路,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、按需調節和快速靈活調節,稱為柔性潮流調控能源聯絡線,它能夠從全局的角度解決廣域能源的優化調度、互補和共享的問題。

2.2雙層次能源聯絡線結構的構建方法

構建雙層次能源聯絡線結構的基本思路是在網絡的關鍵節點之間優化配置基本能源聯絡線和柔性潮流調控能源聯絡線,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化分配的關鍵節點。

步驟2:根據能量最優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,建立能源聯絡線的優化規劃模型。

步驟3:基于上述優化規劃模型,在需要實現能源主動調度的供電區域內外的關鍵節點之間搭建柔性潮流調控能源聯絡線,并優化計算出聯絡線上的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域內外的關鍵節點之間搭建基本能源聯絡線,由此形成雙層次能源聯絡線結構。

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

圖1 構建雙層次能源聯絡線結構的方法流程圖

3 雙層次能源聯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環狀配電網的典型算例對具有雙層次能源聯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采用大規模集中接入方式時,配電網的接納能力受到線路熱穩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,基于能源互聯結構的未來配電網中DG宜以分散接入方式為主。

3)與傳統網絡結構相比,采用雙層次能源聯絡線結構后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絡線結構能夠實現多能源的優化配置和互聯共享,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、安全性和可持續性。

圖2 采用雙層次能源聯絡線結構前后的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。發表SCI/EI論文7篇,申請國家發明專利2項和國際發明專利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。