晏開志

（云南省配售電有限公司，云南 昆明 650228）

0 引言

應(yīng)對(duì)氣候變化,事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體，兩會(huì)明確把“碳達(dá)峰、碳中和”納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。構(gòu)建智能配電網(wǎng)適應(yīng)高比例接納新能源是一項(xiàng)有力的舉措，已成為新時(shí)代備受關(guān)注的焦點(diǎn)。作為支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要能源之一，電能消耗極大，傳統(tǒng)的化石能源在不斷枯竭，構(gòu)建以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的新能源替代煤電等傳統(tǒng)能源，結(jié)合新能源的特征構(gòu)建適應(yīng)性更強(qiáng)的智能配電網(wǎng)，提高新能源的利用率，確保我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是當(dāng)務(wù)之急。

1 新能源及智能配電網(wǎng)

新能源的發(fā)展及自適應(yīng)接入智能配電網(wǎng)成為近年來備受矚目的焦點(diǎn)，我國(guó)出臺(tái)一些列扶持性政策文件旨在調(diào)動(dòng)，確保新能源和智能配電網(wǎng)更好的完善及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)理想化的發(fā)展目標(biāo)，為國(guó)家電力的發(fā)展提供有力的支持[1]。

1.1 新能源

1.1.1 風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)能是一種可再生資源，屬于新能源的范疇。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。伴隨著更加安全、更加智能、更加開放、更加低碳的智能配電網(wǎng)發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電在未來能源供給中將扮演更加重要的角色。截止2020年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)2.81億千瓦，其中陸上風(fēng)電裝機(jī)2.71億千瓦、海上風(fēng)電裝機(jī)為900萬千瓦，中國(guó)的風(fēng)電規(guī)模領(lǐng)跑全球。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在多項(xiàng)新能源開發(fā)中占據(jù)著非常關(guān)鍵的地位，技術(shù)的成熟度和規(guī)?；矀涫懿毮俊?/p>

1.1.2 光伏發(fā)電

光伏發(fā)電的原理是利用太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類，一種是集中式（如大型地面光伏發(fā)電系統(tǒng)）和分布式(以6MW為分界，如工商企業(yè)廠房屋頂光伏發(fā)電和民居屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)）兩種[2]。光伏發(fā)電具有可持續(xù)性、清潔性和無地域限制等突出優(yōu)勢(shì)。截止2020年底，我國(guó)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)253.43GW，2020年新增裝機(jī)量為48.2GW，增長(zhǎng)24.1%。

圖1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的原理圖

圖2 光伏發(fā)電的原理圖

1.1.3 新能源發(fā)展預(yù)判

（1）可再生能源已成為全球能源發(fā)展的主流方向

以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電為代表的新能源行業(yè)逐漸成為替代傳統(tǒng)化石能源的重要主力軍。一方面，新能源具有清潔、可再生等特性，另一方面，傳統(tǒng)化石能源不可再生，且已探明的儲(chǔ)存量難以支持人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。因此，新能源是未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要能源動(dòng)力。

（2）市場(chǎng)需求空間巨大

隨著中國(guó)、印度等新興市場(chǎng)及美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家傳統(tǒng)新能源市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)，全球光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的快車道。

（3）國(guó)家政策支持

近年來全球各國(guó)推出多項(xiàng)扶持政策，為新能源快速發(fā)展提供了有力的政策支持和技術(shù)創(chuàng)新資金支持，為光伏、風(fēng)力發(fā)電營(yíng)造了寬松有利的發(fā)展環(huán)境，指導(dǎo)新能源發(fā)展方向、引導(dǎo)市場(chǎng)資源向新能源消納傾斜、提升新能源的關(guān)注起到了重要作用。

1.2 智能配電網(wǎng)概述

智能配電網(wǎng)是一個(gè)相對(duì)完整的系統(tǒng)，其將通信技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效的結(jié)合到一起，借助于整合配電網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，使得配電網(wǎng)可以正常的運(yùn)行，在正常狀態(tài)下加以實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)步突破科學(xué)化監(jiān)測(cè)以及控制等多種目標(biāo)，促使分布式電源的大規(guī)模接入和消納得到有效的促進(jìn)，支持配網(wǎng)和用戶間有效的互動(dòng)，為用戶們享受到更加優(yōu)質(zhì)、可靠、安全的電能提供保障。智能配電網(wǎng)必須要有電力系統(tǒng)以及通信網(wǎng)絡(luò)的物理支持，同時(shí)還應(yīng)該將多種高端計(jì)算機(jī)分析軟件加以集成，關(guān)鍵技術(shù)涵蓋著配電網(wǎng)自愈、微電網(wǎng)、柔性交流配電等。

圖3 智能配電網(wǎng)系統(tǒng)圖

2 新能源接入對(duì)智能配電網(wǎng)的影響

新能源發(fā)電的主要目標(biāo)是確保電力系統(tǒng)的電量穩(wěn)步增加，科學(xué)的控制電力系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有能源的消耗量。目前，新能源的接入被劃分出實(shí)際的種類，如并網(wǎng)發(fā)電、可離網(wǎng)蓄電以及兩者混合系統(tǒng)。電網(wǎng)的實(shí)際接納能力明顯不足的時(shí)候，新能源發(fā)電并網(wǎng)可以讓電力系統(tǒng)承受著較為明顯的負(fù)面影響，實(shí)際的問題較多，以下詳細(xì)概述。

2.1 電能質(zhì)量受到的影響

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電很容易受到外界因素的干擾，體現(xiàn)出較為明顯的波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，通常配有整流逆變?cè)O(shè)備以及電力電子設(shè)備，甚至產(chǎn)生諧波以及直流分量。諧波電流合理的注入至電力系統(tǒng)之后，通常會(huì)讓電網(wǎng)電壓產(chǎn)生明顯的畸變，降低電能的基本質(zhì)量，使得測(cè)量?jī)x表無法準(zhǔn)確的使用，還會(huì)讓電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，威脅到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)[3]。因?yàn)椴⒕W(wǎng)電量隨機(jī)波動(dòng)相對(duì)明顯，實(shí)際的可調(diào)節(jié)性并不理想，并網(wǎng)階段還會(huì)產(chǎn)生較大沖擊電流，從而引起明顯的電壓波動(dòng)及閃變情況，讓饋線的潮流呈現(xiàn)出顯著地變化，對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓分布以及無功特性等產(chǎn)生一定的干擾，使得電網(wǎng)出現(xiàn)不可控狀態(tài)，相應(yīng)的調(diào)峰容量余度也能明顯增加。新能源發(fā)電單元的頻繁啟動(dòng)過程中，也會(huì)讓配電線路的負(fù)荷潮流逐步變大，電壓調(diào)整的難度明顯提高。

2.2 網(wǎng)損受到的影響

當(dāng)新能源適當(dāng)?shù)慕尤胫林悄芘潆娋W(wǎng)后，配電系統(tǒng)一般會(huì)由原有單電源輻射式網(wǎng)絡(luò)逐步的轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩艋ヂ?lián)及多電弱環(huán)網(wǎng)絡(luò)。電網(wǎng)在實(shí)際分布形式發(fā)生了較為明顯的變化之后，負(fù)荷大小和方向均難以合理的預(yù)測(cè)。整個(gè)過程中，會(huì)直接的影響網(wǎng)損，除與負(fù)載因素存在著密切聯(lián)系外，還和系統(tǒng)連接的電源位置及容量大小存在著密切的聯(lián)系。

圖4 智能配電網(wǎng)技術(shù)模式圖

2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控受到的影響

當(dāng)前智能配電網(wǎng)屬于無源放射形電網(wǎng)，信息采集以及開關(guān)的基本操作等相對(duì)簡(jiǎn)易，在落實(shí)科學(xué)化監(jiān)測(cè)和控制的過程中，重點(diǎn)是由供電部門統(tǒng)一的執(zhí)行。新能源接入讓整個(gè)過程相對(duì)復(fù)雜，尤其是在新能源接入之后易產(chǎn)生“孤島”問題，需要進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)測(cè)預(yù)防。新能源的本電網(wǎng)和主配電網(wǎng)進(jìn)行分離時(shí)，還需向著獨(dú)立的配電網(wǎng)加以輸電，由此便會(huì)產(chǎn)生上述提及到的“孤島”情況。孤島內(nèi)部的電壓以及相應(yīng)的頻率并不能受到電網(wǎng)的控制，如果電壓以及相應(yīng)的頻率超出了特定的范圍，會(huì)直接的影響到用戶設(shè)備。負(fù)載容量在孤島逆變器容量之上時(shí)，會(huì)使得逆變器產(chǎn)生過載的問題，從而引發(fā)燒毀的情況[4]。

2.4 并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的影響

當(dāng)前，國(guó)家并未具備相對(duì)統(tǒng)一的新能源發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，大中型新能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)受到多種因素的干擾，如電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度及運(yùn)行等，電網(wǎng)接納能力等多方面技術(shù)問題并未獲取明確定論，對(duì)于接入系統(tǒng)的有功/無功控制能力等的檢測(cè)手段不科學(xué)，對(duì)控制器、逆變器和輸配電設(shè)備等的檢測(cè)尚不完善。在大中型新能源并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展階段，電網(wǎng)的接納能力和電量調(diào)度運(yùn)行等多個(gè)方面面臨著嶄新的要求。

3 新能源接入智能配電網(wǎng)的相關(guān)建議

新能源接入智能配電網(wǎng)的過程中，可以適當(dāng)?shù)霓饤墏鹘y(tǒng)方案的束縛，無需構(gòu)建配電站，適當(dāng)?shù)目刂屏讼鄳?yīng)的成本，減少了接入點(diǎn)的基本傳輸功率，增加輸電裕度，減輕了負(fù)荷壓力，強(qiáng)化了調(diào)節(jié)的性能，使得線路損耗得以維持。智能配電網(wǎng)還涉及到數(shù)據(jù)自動(dòng)采集應(yīng)用以及相關(guān)信息的雙向傳輸，借助于可靠地監(jiān)控分析過程，使得智能配電網(wǎng)得以有效的監(jiān)管。

3.1 實(shí)現(xiàn)智控模式下的有序充電

電網(wǎng)智能控制模式也被稱作是V1G模式，電網(wǎng)智能化程度一般。在合理運(yùn)用新能源的過程中，通過適當(dāng)?shù)慕尤胫悄芘潆娋W(wǎng)實(shí)現(xiàn)單向電能交換，也就是在允許的時(shí)間段內(nèi)合理的充電時(shí)，但無法及時(shí)的對(duì)電網(wǎng)反饋電能。此類模式的科學(xué)使用，可以將新能源的優(yōu)勢(shì)之處充分的體現(xiàn)，促使著響應(yīng)速度明顯提高，依照電網(wǎng)負(fù)荷特性科學(xué)安排充電的時(shí)間，強(qiáng)化配網(wǎng)供電效率以及實(shí)際的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 雙向互動(dòng)模式下有序充電

雙向有序充放電模式也被稱作是V2G模式，主要是將電網(wǎng)的交流電變?yōu)橹绷麟?，以便?shí)現(xiàn)充電的目的，將電池中的直流電反向變?yōu)榻涣麟姡源藢?shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的科學(xué)供電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。這種模式可以有效增強(qiáng)電網(wǎng)自身的調(diào)節(jié)能力，對(duì)于用電高峰和低峰的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，智能化的運(yùn)行模式科學(xué)減小電網(wǎng)峰谷差[5]，使得智能配電網(wǎng)穩(wěn)步運(yùn)行起來。

3.3 改善電網(wǎng)實(shí)際的負(fù)荷特性

電網(wǎng)的負(fù)荷特性能夠產(chǎn)生十分重要的影響，應(yīng)該對(duì)其適當(dāng)?shù)母纳?。智能配電網(wǎng)中，負(fù)荷峰谷差較大，當(dāng)面對(duì)著電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段時(shí)，應(yīng)該擁有足夠容量的電廠科學(xué)的調(diào)節(jié)負(fù)荷的實(shí)際變化狀態(tài)，當(dāng)?shù)凸葧r(shí)，應(yīng)該合理運(yùn)用閑置容量，避免出現(xiàn)浪費(fèi)的問題。但是整個(gè)工作開展的階段，受到多種因素的干擾相對(duì)明顯，極易出現(xiàn)資源浪費(fèi)的情況。運(yùn)用新能源接入智能配電網(wǎng)的手段，可以讓資源有效的節(jié)省，縮小電網(wǎng)的峰谷差，起到理想化的移峰填谷的效果。適當(dāng)?shù)臏p少電網(wǎng)負(fù)荷的波動(dòng)，強(qiáng)化電網(wǎng)設(shè)備的基本利用率，合理延緩電網(wǎng)投資，提升電網(wǎng)供電的具體效率及供電經(jīng)濟(jì)性。

3.4 參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)過程

在智能配電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，應(yīng)該積極的重視新能源接入后的相關(guān)調(diào)試情況，結(jié)合具體的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及要求，確保電網(wǎng)頻率以及其他指標(biāo)等維持在合理的范圍中。電網(wǎng)應(yīng)該積極的運(yùn)用調(diào)整頻率的方式，合理的滿足負(fù)荷以及系統(tǒng)功率的實(shí)際平衡狀態(tài)。新能源接入智能配電網(wǎng)之后，在特定的模式之下，可以運(yùn)用低谷時(shí)完成充電，用電高峰時(shí)則會(huì)放電，及時(shí)的替代了以往傳統(tǒng)的電廠調(diào)頻模式[6]。在新能源大規(guī)模接入智能配電網(wǎng)之后，可以保證電網(wǎng)調(diào)頻的高效性以及經(jīng)濟(jì)性。

3.5 促進(jìn)新能源分布式發(fā)電消納

智能配電網(wǎng)包含著一些基本功能，如新能源接入功能、雙向通信網(wǎng)功能等，在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，可以適當(dāng)?shù)膶⒅悄芘潆娋W(wǎng)模型加以構(gòu)建，方便后續(xù)研究分析新能源供用電接入對(duì)智能配電網(wǎng)的綜合影響，對(duì)配電網(wǎng)各組件的監(jiān)控以及最優(yōu)供用電組合。新能源發(fā)電體現(xiàn)出隨機(jī)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)也有著明顯的波動(dòng)性，可直接的影響到電網(wǎng)和穩(wěn)定運(yùn)行，不利影響十分顯著。可以適當(dāng)?shù)慕柚谛履茉闯潆娯?fù)荷可控的基本特征，將新能源分布式電站、電動(dòng)汽車充電站等組成微網(wǎng)之后并網(wǎng)，合理的減小隨機(jī)性的干擾，確保電網(wǎng)可以穩(wěn)定的運(yùn)行。

4 結(jié)論

在微網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的進(jìn)程中，未來智能配電網(wǎng)也開始融入了新能源，確保負(fù)荷側(cè)的交互順利實(shí)現(xiàn)，支持多元化電源靈活接入。新能源接入的智能配電網(wǎng)，其中一個(gè)最主要的優(yōu)勢(shì)是十分便捷，不必受空間的束縛和限制，實(shí)現(xiàn)了即插即用。在本文的概述中，明確了新能源接入對(duì)配電網(wǎng)實(shí)際的影響，并提出了相關(guān)的建議，旨在為具體工作的開展提供借鑒。