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含微网的新型配电系统可靠性评估综述(1)

摘要: 简要介绍了分布式发电及微网的特点,总结了国内外微网技术的研究现状。指出微网的接入改变了配电网辐射状的结构,使得配网潮流双向流动,微网的孤岛运行以及微网内分布式电源输出功率的不确定性都将给配电系统的可靠性评估带来新的问题。对分布式电源建模较多地考虑自身特性而未能从微网角度考虑计及与配电系统的相互影响、孤岛划分策略以及负荷建模的研究无法适用于微网的特性和运行机理等现有研究工作的局限性进行了概括。在此基础上,提出微网以及含微网的新型配电系统可靠性评估中亟需研究的几个问题:含微网新型配电系统的可靠性评价指标体系;微网的运行方式、运行特性及与配电系统相互影响的机理;分布式发电和储能装置运行特性的可靠性建模;多电源配电系统可靠性评估的模型和精确高效算法。

0 引言

自20 世纪90 年代以来,由于能源危机和环境约束,世界各国十分重视发展可再生能源发电,如风电、光伏电池、燃料电池和微型燃气轮机等。近20年来,美国新增发电量中超过50 % 是由非传统能源提供的;而在欧洲,法国可再生能源发电量在2010年达到约21 %[1-3]。无疑,分布式发电将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑,是未来电力系统的发展趋势之一。

21 世纪初,美国学者首先提出微网的概念[4- 5]。微网是将可再生能源发电装置、负荷、储能装置及控制装置等有机结合并接入到电网中的技术;微网一般接入到配电系统中,它既可与电网联网运行,也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行,它的灵活运行方式可以实现分布式能源的接纳及与电网的互相支撑[6 - 9]。

随着微网技术的发展和完善,它将成为可再生能源综合利用最有效的方式。随着微网的接入,传统的单电源辐射状配电网变成了一个遍布电源和负荷的含多电源的新型配电系统,改变了配电网辐射状的结构,增加了配电网潮流的不确定性,从而对系统的运行和控制产生了一系列的影响,配电系统可靠性的评估理论与方法也将发生变化。本文将从微网接入后对配电系统的影响切入,着重分析分布式电源接入配电系统的可靠性评估研究现状及存在的问题,在此基础上,针对微网以及含微网的新型配电系统可靠性评估,给出进一步的研究方向。

1 分布式发电与微网

1.1 分布式发电

所谓分布式发电就是指某些靠近用户侧安装的中小型发电装置,容量一般在10 MW 以下。它既可独立于公共电网直接为少量用户提供电能,也可接入配电网络,与公共电网一起共同为用户提供电能。它是以资源和环境效益最大化、以能源利用效率最优化确定方式和容量的新型能源系统[10]。

尽管分布式发电具有投资小、环保以及灵活性高等优点,但它对大电网的影响却是不得不考虑的一个问题,如数量众多的分布式电源接入配电网后,传统辐射状的无源配电网络将变成一个遍布中小型电源和负荷的有源网络,潮流也不再单向地由变电站母线流向负荷。配电网根本性的变化使得电网各种保护定值和机理发生了深刻变化,同时分布式电源的并网运行可能会引起电网电压和频率的偏移、电压波动和闪变等电能质量问题,给电网安全运行带来很大威胁,所以尽管分布式发电技术具有极大的应用潜力,但仍然无法被电力部门所接受[11]。正是在这样的背景下,电力工作者提出了微网的概念。

1.2 微网及其特性

微网是指由分布式电源、负荷、储能装置、控制系统等组成的一个小型配电系统,按照范围、大小和所有权的不同,微网具有多种形式,可以分为单元级、多单元级、馈线级和变电站级。根据CERTS 的定义[5,12- 14],微网是一个可以自治的单元,可以实现孤岛模式与并网模式间的无缝转换。每个微网都将本地的可再生能源或其他分布式能源发电单元与本地的负荷或储能装置组合起来,形成相对独立的供电子系统,以减少或避免系统大范围故障时对用户的影响。微网作为一个整体与外网联系,既可以与外网并网运行并从外网补足本地需要的电能,也可以在外网故障时,通过合理调配微网的独立运行来保证本地重要负荷的供电[15-16]。

从上述微网的定义、性质及已有的研究工作可以看出[17-22],微网具有以下一些重要特性。

a. 微网是接纳分布式电源的有效方式:通过引入储能技术和智能控制技术,能够弱化甚至消除分布式电源的波动性及间歇性对电网运行的影响,从而使得分布式电源大规模接入电网成为可能。

b. 微网具有灵活的运行方式:通过智能化的自动控制装置,微网能够根据电网安全稳定运行以及用户可靠供电等要求,在不同的运行状态间平滑切换;微网可能处于孤岛运行状态,也可能与大电网并网运行,可能是作为负荷从大电网吸收功率,也可能作为电源向大电网注入功率。

c. 微网的相关技术还有待完善:微网的接入也给配电网带来了一系列运行规划、控制与保护等方面的问题;国内外微网技术相关的研究还处在起步阶段,也还没有较为完善的微网接入标准,对于微网自身以及微网给传统配电网带来的问题仍需进一步研究。

来源:电力自动化设备
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