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【電力知識】智能配電網:分布式並網的未來?

2017-11-22 13:37:26??????点击:

 德國的能源系統已經曆了廠網分離、輸配分離、配售分離以及電力交易市場化多年,積累了能源領域衆多的成功經驗。其中,新能源發電量已經占到總發電量的30%以上,90%以上又是直接並入配電網(在德國一般是10kV和20kV)。由此,所謂的分布式發電在德國已經實實在在的推廣應用了。以德國的智能配電網發展作爲案例可以指引未來技術方向。


  說到新能源,廣大受衆的第一印象會是“波動的”能源:依靠老天吃飯而“不可控”。如果大力發展分布式新能源,是否會出現電源波動的問題?是否會影響用電質量?實際上,新能源帶來的問題還並不止這些。電流將打破傳統概念而從低壓向高壓流動,産生逆向潮流問題進而影響局部電壓,由于短路電流提供不足産生保護設備重新設計問題,用戶側最關注的電能質量和電網側關注的功率因數的問題也會出現。新能源並網裝置,即電力電子器件的發展已經有較好的發展,如光伏逆變器的能量轉換效率最高可達到98%以上,基于這方面的技術發展將逐漸地不再給産業升級造成瓶頸。由于所産生的問題多是系統問題,若想發展大規模分布式並網,需要在系統,即配電網中解決,這正是多個國家提倡的智能電網的重要組成部分——智能配電網。


  未來智能配電網的發展方向不外乎將在節能、安全性和經濟性這三個元素之間尋找平衡,在電力行業中,可以解讀爲節能降損、提高供電安全性和減少電網建設整體投資。結合需求側管理技術和應用的智能配電網可以使大規模新能源並網的經濟性最優化,充分利用有限的電網傳輸容量,並且保證高質量的電能供應。實現這一目標還主要依靠傳統的三種技術,即測量、控制和自動化技術。對于配電網運營商(DSO)而言,將更需要了解前沿的技術趨勢和相對應的經濟性和安全性,即所謂的總體效率。具體哪些技術今天已經存在,其中哪些可以作爲解決以上問題的萬能鑰匙是我們不斷關注的重點。


  電網的智能化有哪些技術形式或産品組成?對此,不同背景的公司會有完全不同的解讀。不論怎樣,其中將主要包括以下幾點:新能源發電,即節能環保的發電形式,更有利于可持續的智能化發電模式;未來市場機制,如電力服務、電力保障和電力交易;電力數據的測量和處理,如智能電表、大數據雲端處理、智能網關;大型國家的電力互聯網,洲際電力互聯網,跨州電力互聯網等;智能電力消費終端,如智能産業園區、智能樓宇、智能工廠、智能家居等;多種儲能形式和電動汽車這樣的智能負荷。按照業界通用定義敘述爲:智能的電網即爲這樣一個電力網絡,它可以整合消費端和不同形式的發電端,並確保節能、供電安全和經濟性。


  那麽,未來的智能配電網與傳統的配電網具體有何不同?智能電網引入了哪些新技術?下圖提供了一個清晰的比較說明:


  傳統配電網是單向電流流動,配電網只接收負荷,變壓器爲普通配電網台區變壓器,配以簡單的保護和自動化、通信設備。未來配電網,即所謂的智能配電網擁有複雜的分布式供電系統,造就了複雜的雙向潮流,需要安裝智能電表等測量裝置,並在低壓側有儲能設備和電動汽車並網,需要配電網對低壓端口進行調控和雙向通信,不論中壓還是低壓都將配有複雜的線路保護。這些巨大的變化發生之快,是很多配電網運營商猝不及防的。至今,還只有少數配電網運營商擁有效率極高的監控系統,不論配電網運營商還是輸電網運營商未來必須要快速地和經常性地應對動態的發電曲線、潮流逆向、配網側頻繁無功補償裝置投切和電壓調節等新的挑戰。


  以德國配電網發展爲例,德國電力網絡在幾十年的發展過程中已經成爲歐洲最堅強的電網系統。年平均停電時間在16分鍾以內,對應的系統可靠性爲99.99%。超過800家的德國電網運營商運營著超過178萬公裏的電力網絡,多數當然是低壓網絡,連接著本地的配電網運營商,最終並入高壓網絡。這種布局已經存在了數十年沒有改變,這些傳統網絡是上個世紀設計的,並沒有考慮應對大規模新能源並入、大量的節能減排要求和新的經濟性指標,所以配電網升級換代已經刻不容緩。基于這些情況,德國政府和歐盟正在支持大規模的智能電網科研項目。



數據來源:德國聯邦電力監督委員會,Bundesnetzagentur,數據更新至2013年9月1日

  從數據中可以看出,由于電力系統尤其是配網系統的優化,新能源的大規模接入並沒有降低德國的用電可靠性。所以,只要在系統優化的前提下進行新能源的大規模接入並不會犧牲電網安全。