国内外智能电网发展概况
美国于2011年EPRI提出“intelligrid”研究计划,致力于开发智能电网架构;2004年完成了集成能源及通信系统以西结构(IECSA)研究(4卷);2005年发布的成果中包含了EPRI成为“分布式自治实时架构(DART)”的自动化系统架构;2009年美国政府制定了一系列智能电网建设和实施计划,制定了智能电网成熟度模型,进入快速发展时期。
欧洲早在2002年就提出“智能电网远景”(SmartGridsVision);2007年推出第一份智能电网研究议程,明确了欧洲在短期和中期内的主要研究领域;2008年9月发布的《欧洲未来电网发展策略》提出了欧洲智能电网战略部署文件,启动“创新能源”知识和创意社区(KIC)并建立欧洲智能电网技术平台(ETP)。
2009年的5月,中国的国家电网公司正式发布统一的坚强智能电网的研究报告;2009年6月,在天津大学举办了“第一届智能电网研究学术论坛”,探讨领域包括了智能电网的基本理念、技术组成、设备需求等;2009年8月,确定第一批4个配电自动化试点项目;2010年2月,确定第二批19个重点城市的试点项目的建设计划。
智能配电的特征及需求
智能配电网的特征如下:
(1)更高的配电可靠性:具有自愈(故障重构)功能;分布式电源微网保护重要用户的供电。
(2)更优质的电能质量:实现电压、无功的优化控制;实现敏感用电设备的不间断连续供电。
(3)更好的兼容性:支持大量的分布式发电单元、储能装备、可再生资源,与配电网实现无缝隙连接于“即插即用”;支持微网运行,有效地增加配电网运行的灵活性和对负荷供电的可靠性。
(4)更强的互动能力:通过智能电表计和用户通信网络,支持用户需求响应;实现从以电力企业为中心向以用户为中心的转变。
(5)更高的电网资产利用率:支持配电系统快速仿真、模拟;合理控制潮流,提高系统容载比,充分利用系统容量。减少投资,减少设备折旧,使用户或得更廉价的电力。
(6)集成的可视化管理平台:实时采集电网及其设备运行数据;提供潮流、负荷、设备状态监测、电能质量、故障位置、停电范围等实时信息;解决配电网“盲管”问题。
智能配电网的功能需求包括:网架结构,可靠而灵活的分层、分布局的拓扑结构;运行控制,正常运行时可靠地系统监视、隐患预测、智能调节、紧急恢复、检修维护控制能力;通信,建立在开放的通信架构和统一的技术标准基础之上的高速、双向、集成的通信网络设施;软件组成,基于UNIX/WINDOWSNT平台的完整系统,高度集成SCADA/PAS/DA/DMS。
智能配电的关键技术
(1)高级配电自动化技术
对此,美国的EPRI的定义是:配电网革命性的管理与控制方法,实现配电网的全面控制与自动化并对分布式电源进行集成,使系统的性能得到优化。
(2)自愈控制技术
自愈控制目标:正常运行时,通过配电网运行优化和预防矫正控制,来避免故障发生;故障发生时,通过紧急恢复控制和检修维护控制,使得故障后不失去负荷或失去尽可能少的负荷。
(3)分布式电源并网技术
其重点任务是提升并网分析能力,增强间歇电源可控性,实现灵活、可靠接入,提高配电网供蓄能力。其关键技术有接入电网的数学模型与仿真技术,接入配电网的协调控制技术、含分布式电源与储能系统的配电网优化运行技术。
(4)配电设备状态检修技术
电气设备检修作为生产管理工作的重要组成部分,对提高设备健康水平、保障电网的安全、可靠运行具有重要意义。配电设备检修模式发展历程分别为故障检修、计划检修和状态检修。
故障检修的缺点是:不可预见、造成损失;抢险性质、易出事故;亡羊补牢,成本增加;就事论事,难以杜绝。
计划检修的缺点是:停电检修不客观;不符合设备寿命规律;周期性停运影响点我那个运行;检修工作可能造成电网设备损坏;过度检修易引起安全事故;具有一定盲目性,成本增加;配点设备种类多,计划难以制定。
而状态检修的有点是:及时处理设备隐患;克服计划检修的盲目性;既不过剩也不缺检修;减少人力投入;保证设备精细化管理;提高资产可用性;降低维修成本。
(5)智能配电调度技术
智能配电调度技术是现有的能量管理系统EMS、配电管理系统DMS、数据采集与监视控制系统SCADA、虚拟电厂VPP等技术的再升级和结合。其实现功能包括:可视化互操作平台;预测功能;交易和调度功能;快速安全稳定分析功能;智能保护整定;预警报警与事故处理,虚拟电厂、镜像备用等。
(6)信息与通信技术
通信系统特点是通信终端节点数量多、通信距离近、通信数据量不大。
智能配电技术发展展望
(1)直流配电技术
所谓直流配电技术,是指将直流电直接分配给用电装置的配电网络。发展其必要性在于:分布式电源增多节省交流器件,如光伏、燃料电池、风力发电等接入直流配电网能够省略直—交逆变器的使用;用户用电形式的新发展:如含直流环节的电气增多、使用直流的电器增多。
(2)柔性配电技术
柔性配电技术是柔性交流输电技术在配电网的延伸,简称为DFACTS.柔性配电技术是配电网中具有柔性(即动态、灵活、精确、平滑)控制能力以提高配电网运行可控性、安全性、可靠性、抵御事故能力,以及支持电力市场顺利营运的所有新型电力电子设备及其协调控制技术。
柔性配电技术的应用领域包括:解决配电网电能质量问题;解决分布式电源并网问题。如提供动态无功补偿、调节与控制有源配电网潮流。
(3)柔性配电设备
柔性配电设备包裹固态开关、动态不间断电源、动态电压恢复器、静止同步补偿器。
固态开关是应用电力电子器件构成的开关设备,分为固态转换开关、和固态断路器两种。他们利用电力电气器件导通与截止速度快的特点,解决传统机械开关动作时间长(达数个周波)带来的问题。
DUPS由STATCOM和一个直流储能系统构成,其中STATCOM作为一个信号发生装置使用,在供电中断时将储存的直流能量转换成有功电流,维持一段时间的供电。
DVR由直流储能电路、功率逆变器(PWM)和串接在供电线路中的变压器组成。DVR在测出电压瞬降低后,立即直流电源通过PWM输出交流电压,与系统电源电压相加(串联),使负载上的电压维持在合格的范围内,直至系统电压恢复到正常值。
STATCOM又称静止无功发生装置。它是一个基于脉宽调制(PWM)技术的无功功率发生器,通过自动调节注入到系统中去的无功电流,实现对瞬间无功功率控制,从而达到一直电压波动、闪变、谐波的目的。
最后,配电网消纳间歇能源讲由被动到主动,而信息与物理模型的深度融合是未来发展方向。