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基于柔性互联的源网荷储协同主动配电网设计研究

北极星智能电网在线  来源:供用电杂志    2018/1/31 9:25:39  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:摘要:文章以海宁尖山新区开展的“基于柔性互联的源网荷储协同主动配电网试点工程”为背景,从现状分析、工程方案设计、项目意义等方面进行详细阐述。着重介绍该项目通过应用柔性互联、多端口电力能量路由器、储能系统、源网荷储协同控制等技术促进海宁尖山新区新能源消纳、提高新区供电可靠性与供电质量。该项目可以为相关主动配电网工程设计提供借鉴及参考。

0引言

近年来,以风、光等可再生能源为主的分布式电源和储能设备大规模接入配电网,传统“无源”的配电网逐步转变为“有源”配电网。相比于传统“无源”配电网,“有源”配电网的潮流特征和故障电流特征均发生显著改变,易发生线路过电压、设备过载、短路电流越限,保护配置也相对困难。这一系列问题制约了分布式可再生能源的进一步接入和消纳。

在传统“无源”配电网中,调控手段(如变压器有载调压、电容器投切)相对有限,难以解决复杂“有源”配电网中产生的新问题。另一方面,电力电子技术、通信控制技术、储能技术发展迅猛,充分利用这些技术,对“有源”配电网开展“主动”管理,可以有效改善配电网系统运行,促进可再生能源消纳。根据CIGREWorkingGroupC6.11的定义,主动配电网是利用先进的信息、通信以及电力电子技术对规模化接入分布式能源的配电网实施主动管理,基于灵活的拓扑结构,实现自主协调控制间歇式新能源与储能装置等分布式能源单元,积极消纳可再生能源并确保网络的安全经济运行,提升配电网资产的利用率、延缓配电网的升级投资。

目前欧美等发达国家已有许多主动配电网示范项目正在开展,如欧盟IGREENGrid项目、IDE4L项目,英国CLASS项目,纽约FICS项目等。这些示范工程以提高可再生能源的消纳和提高供电可靠性为主要目的,并充分利用配电网中的已有资源、降低投资。

2017年6月,国家能源局正式批准“浙江嘉兴城市能源互联网综合试点示范项目”,其中海宁尖山地区作为重点,预期把一个集中的、单向的电网,转变成源网荷储互动合作的区域能源互联网。本文将以此为背景,从现状分析、工程方案设计、项目意义等几个角度,对在海宁尖山新区开展的“基于柔性互联的源网荷储协同主动配电网试点工程”进行详细阐释,为相关主动配电网工程设计提供借鉴。

1海宁尖山新区电网现状分析

尖山新区占地面积30km2,是嘉兴地区光伏产业集聚的高新技术园区,区域内有220kV安江变电站与110kV尖山变电站[包含110/35/10.5kV主变压器1台(编号为1号),容量50MVA;110/20kV主变压器2台(编号为2号和3号),容量2×80MVA]2个电源点。其中,尖山变位于新区中央,承担了尖山新区大部分负荷,2016年夏季用电高峰期间,其最大负荷95.78MW。供区内已并网光伏容量175MW,近期规划再接入40~50MW。示范点的地理位置见图1。

图1示范点位置示意图

大规模分布式光伏的接入明显改变了尖山新区的电网运行特性。首先,由于分布式光伏的大规模、高密度接入,配电网潮流分布难以预测,尖山配电网倒送情况频繁,配电网调控难度增加。图2给出了某典型日尖山变电站与2号主变压器的总功率分布,可以看到,尖山变电站功率倒送最大约为40MW,此时,光伏发电功率为103.9MW,负荷需求量为64MW,光伏发电功率渗透率达162%。倒送功率在3台主变压器的分布并不均匀,2号与3号主变压器倒送情况尤其严重。从图2可以看到2号主变压器光伏发电功率渗透率最大值接近200%,不仅区域内光伏消纳不佳,当光伏装机持续增加,在某些极端情况(如春节)下,还存在变压器过载风险。

图2典型日尖山变电站与2号主变压器总功率分布

其次,大量分布式光伏发电出力抬升电网整体电压,降低电压裕度,极易造成电压越限,使得配电网稳定控制更加复杂。图3给出了2号主变压器所辖馈线电压分布,可以看到,有光伏接入的线路中多条发生了功率倒送,线路下游电压反而高于馈线首端电压,最高值则已经超过国标所规定的1.07p.u.的上限(虚线表示各光伏电源并网点电压)。由于接入馈线的电源时空分布情况复杂,采用传统集中式AVC调节,无法保证全网所有节点电压都在合格范围内。

图3 2号主变压器所辖馈线电压分布

分布式光伏电源的大规模接入也对尖山新区电网电能质量、保护配置产生了影响。随着光伏容量的进一步增加,电网面临的运行压力也日益增大,因此亟需对配电网采取主动控制与管理措施,以应对上述问题。

2工程设计方案

为了促进尖山新区高密度分布式光伏的消纳,为园区提供高可靠与高质量的供电,并为主动配电网建设提供示范,国网浙江省电力有限公司将在尖山新区开展“基于柔性互联的源网荷储协同主动配电网试点工程”。通过试点工程建设,实现海宁尖山地区的6个主动,即电网公司侧的主动规划、主动管理、主动控制与主动服务以及用户侧的主动响应和分布式新能源发电侧的主动参与。

试点工程整体框架见图4,分为4个子项:基于高密度分布式电源的柔性互联技术应用示范;高可靠性供电的交直流混合配电网示范;集中式与分布式储能应用示范;基于状态感知和数据挖掘的网源荷储协调控制技术应用示范。

图4试点工程整体框架

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