課題負責(zé)人、貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心副總工、系統(tǒng)技術(shù)研究室主任李慶生(左二)向參觀者介紹項目情況。 唐學(xué)用 攝
今年5月，由貴州電網(wǎng)公司牽頭承擔(dān)，上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京四方繼保自動化股份有限公司三家單位共同參與完成的國家“863計劃”“集成可再生能源的主動配電網(wǎng)研究及示范”通過了國家科技部的技術(shù)驗收，圓滿完成了國家重大科研攻關(guān)任務(wù)。國家科技部驗收組專家認為課題是國內(nèi)同類課題實施的典范。
“根據(jù)用戶何時開電視、何時用熱水、何時用空調(diào)等用電習(xí)慣，供電企業(yè)事先做好負荷及網(wǎng)絡(luò)準備，為用戶提供定制服務(wù)；用戶周圍有哪些分布式電源可以調(diào)用，哪些資源最實惠，用戶可隨時選擇；在電網(wǎng)用電負荷直線攀升進而逼近電網(wǎng)承受最高值時，它會主動作為，果斷發(fā)出精確指令，自動調(diào)節(jié)負荷，化解電網(wǎng)風(fēng)險……”11月8日，在上海國際會議中心2017中國國際工業(yè)博覽會國家科技部展區(qū)前，作為“國家863計劃”“集成可再生能源的主動配電網(wǎng)研究及示范”課題負責(zé)人，貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)副總工、規(guī)劃研究中心系統(tǒng)技術(shù)研究室主任李慶生向參觀者介紹著。
“課題在多源協(xié)同的主動配電網(wǎng)運行關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)上取得重要進展，突破了主動配電網(wǎng)規(guī)劃、運行、控制、測試以及應(yīng)用等一系列關(guān)鍵技術(shù)，并成功在貴州省貴陽市清鎮(zhèn)紅楓示范工程中實際應(yīng)用。”由于該課題在多項關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)了國內(nèi)首創(chuàng)及領(lǐng)先，被國家科技部選中成為了本屆中國國際工業(yè)博覽會參展項目，在展會上進行成果分享、推廣宣傳、成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用等方面的介紹。
“集成可再生能源的主動配電網(wǎng)研究及示范”課題是“十二五”期間智能電網(wǎng)領(lǐng)域國家“863計劃”課題，該課題由貴州電網(wǎng)公司科研團隊經(jīng)過3年科技攻關(guān)，于今年1月在貴陽市紅楓湖正式投入運行，5月通過國家科技部技術(shù)驗收，該課題通過2個自主知識產(chǎn)權(quán)的核心系統(tǒng)的研發(fā)，12個高級運用模塊，11個新型成套裝置在工程中的實際應(yīng)用，實現(xiàn)了示范區(qū)在30%以上滲透率工況下的優(yōu)化穩(wěn)定運行，分布式電源100%就地消納。降低峰谷差、網(wǎng)損10%以上，供電可靠率達到99.99%以上。從網(wǎng)、源端來說，實現(xiàn)了電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)靈活可調(diào)，分布式電源優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，從用電側(cè)來說，像“電力管家”一樣，能結(jié)合用戶的用電習(xí)慣，為用戶貼身定制最優(yōu)供電策略。因其在“主動”和“智能”方面的表現(xiàn)，被人稱之為“最懂你”的配電網(wǎng)。
主動把控分布式能源
“冷熱電有500千瓦，光伏有253.8千瓦，儲能有200千瓦，水電有12兆瓦，風(fēng)電有300千瓦?！弊哌M如今的貴州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)校，映入眼簾的首先是面朝紅楓湖屹立的2臺風(fēng)力發(fā)電機，緊接著是學(xué)院的實訓(xùn)樓、學(xué)生公寓屋頂上的光伏發(fā)電組件，以及冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。由于多種能源的匯集，進入校園就像是走進了一個分布式能源“集散地”。
“據(jù)說我們學(xué)校用的電，不僅有太陽能、風(fēng)電、水電，還有冷熱電、儲能等，一聽就很高大上。”作為貴州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程及自動化專業(yè)的學(xué)生，劉陽和大多數(shù)學(xué)生一樣，不僅見證了風(fēng)力發(fā)電機、太陽能光伏板拉入校園并最終建成的過程，還對五種分布式能源齊聚母校這件事非常感興趣。
“之所以選擇五種能源接入學(xué)校電源，我們就是想通過課題研究不同種類分布式能源特點并實現(xiàn)多能優(yōu)化互補的有效控制。”李慶生認為，在整個電網(wǎng)中，主網(wǎng)就像人體的“主動脈”，而在電力網(wǎng)中起分配電能作用的配電網(wǎng)就是四通八達的“毛細血管”，電從電廠發(fā)出，流經(jīng)主網(wǎng)，通過配電網(wǎng)送到用戶，就如血從心臟流出，經(jīng)主動脈，通過毛細血管輸送至全身一樣。電流自上而下流動，如大河變小河，再由小河變小溪。正因為如此，在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中，線路、設(shè)備選型，相應(yīng)的繼電保護、潮流控制、計量等，考慮的都是單方向流動，而隨著風(fēng)能、太陽能等分布式能源的發(fā)展乃至異軍突起，用戶側(cè)分布式能源的反送使傳統(tǒng)配電網(wǎng)出現(xiàn)了“電流倒送”現(xiàn)象，這意味著，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護、控制策略將失效，電網(wǎng)的供電可靠性也將受到影響。國家“863計劃”“集成可再生能源的主動配電網(wǎng)研究及示范”課題的研究就是要使主動配電網(wǎng)成為能通過使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)來管理潮流，實現(xiàn)對不同區(qū)域中的分布式電源設(shè)備、負荷進行主動控制和主動管理的配電系統(tǒng)。
出于研究主動配電網(wǎng)對分布式能源的主動控制的有效性，課題組建立了主動配電網(wǎng)的規(guī)劃運行互動決策系列規(guī)范和技術(shù)體系，開發(fā)了相應(yīng)的核心裝置與應(yīng)用支持系統(tǒng)，建成了一套集冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)、光伏、儲能、風(fēng)電、水電等五種能源的主動配電網(wǎng)控制系統(tǒng)。通過自動或人機交互，實現(xiàn)了電網(wǎng)運行方式的快速切換與調(diào)整及高滲透率下分布式電源完全就地消納，提高電網(wǎng)整體電能質(zhì)量，有效降低網(wǎng)損。
同時，課題研制的主動配電網(wǎng)余熱回收蓄能型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，首次提出冬季協(xié)同與夏季協(xié)同模式。突破傳統(tǒng)以熱定電、以冷定電的模式限制。在系統(tǒng)熱電效率高于80%和滿足供熱負荷需求條件下，實現(xiàn)機組出力調(diào)節(jié)范圍達到其額定功率50%以上，有效提高主動配電網(wǎng)經(jīng)濟運行調(diào)節(jié)范圍。
“十三五”期間，我國將新增非化石能源裝機2.4億千瓦，其中貴州將新增600萬千瓦，本課題充分結(jié)合貴州省分布式能源種類豐富，滲透率更高的特點建設(shè)的主動配電網(wǎng)示范工程，對推進能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革補齊能源基礎(chǔ)設(shè)施短板，提升服務(wù)民生發(fā)展水平，加快生態(tài)文明建設(shè)提供了示范樣本和技術(shù)支撐，課題形成的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的主動配電網(wǎng)管理技術(shù)，也為全國范圍內(nèi)多種能源的大規(guī)模開發(fā)與應(yīng)用推廣提供了有力支撐。
配電網(wǎng)有了“千里眼、順風(fēng)耳”
“在主動配電網(wǎng)控制中心，我們可以監(jiān)測到電網(wǎng)、用戶以及分布式電源的運行情況，在此基礎(chǔ)上利用態(tài)勢感知技術(shù)預(yù)測其發(fā)展狀態(tài)，提出優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略。這就是‘可觀性’。當(dāng)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略制定出來以后，通過控制中心能夠?qū)崿F(xiàn)分布式電源、電網(wǎng)、負荷的靈活有效控制，這就是‘可控性’?！崩顟c生說，主動配電網(wǎng)就像“千里眼”，有更大的可觀測范圍，能掌握更多信息、實現(xiàn)更多的控制策略。
“以前紅楓電校及周邊供電區(qū)域網(wǎng)架薄弱，配網(wǎng)自動化水平較低，由于調(diào)度員對中低壓配網(wǎng)接入的分布式電源運行狀況不清楚，在運行方式調(diào)整時需耗費大量時間進行核實?！睋?jù)貴州電網(wǎng)清鎮(zhèn)供電局集調(diào)中心副主任龐海東介紹，示范工程建成后，調(diào)度對電網(wǎng)運行狀態(tài)了然于心，操作有據(jù)可循，通過系統(tǒng)優(yōu)化控制，良好的人機互動及微網(wǎng)并離網(wǎng)切換，實現(xiàn)了電網(wǎng)運行方式快速靈活調(diào)整，有效提高了電壓合格率和供電可靠率，解決了高比例新能源投運引起的電壓波動及就地消納問題。
主動配電網(wǎng)的“主動”，主要體現(xiàn)在它可以對有可能出現(xiàn)的危險進行預(yù)判，并制定一定的應(yīng)對策略，最終通過控制中心的有效執(zhí)行，消除危險。而不是像傳統(tǒng)配電網(wǎng)只能在故障發(fā)生后才被動地采取措施。其快速恢復(fù)供電技術(shù)主要基于配電自動化技術(shù)實現(xiàn)故障失電狀態(tài)下通過對故障線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)及斷路器動作來選擇最優(yōu)供電恢復(fù)路徑。
據(jù)了解，在快速定位故障與恢復(fù)供電方面，課題提出的基于同步采樣的縱差啟動判據(jù)算法，10秒內(nèi)就實現(xiàn)了配電網(wǎng)分布式電源接入工況下故障定位；采用孤島控制技術(shù)，在一分鐘內(nèi)完成并離網(wǎng)自動切換，真正意義上實現(xiàn)微網(wǎng)與主動配電網(wǎng)互聯(lián)互通，開創(chuàng)了微電網(wǎng)參與電網(wǎng)調(diào)度運行的新模式；同時，結(jié)合孤島控制技術(shù)，減小故障停電范圍與停電事件，實現(xiàn)99.99%的供電可靠率。
貼心的“智能電力管家”
據(jù)李慶生介紹，“集成可再生能源的主動配電網(wǎng)研究及示范”課題共開發(fā)了兩套控制系統(tǒng)，其中，第一套控制系統(tǒng)由主動配電網(wǎng)全局運行決策系統(tǒng)、協(xié)同交互控制器、分布式電源控制管理單元及其對應(yīng)的分布式電源組成，主要作用是實現(xiàn)對網(wǎng)架及分布式能源的有效控制。第二套控制系統(tǒng)由負荷主動管理系統(tǒng)、用戶智能終端、智能控制設(shè)備，如智能插座、智能紅外控制器、智能開關(guān)，及其對應(yīng)的控制電器，如熱水器、空調(diào)、燈光、電視組成。通過這兩套系統(tǒng)互動聯(lián)絡(luò)，實現(xiàn)了主動配電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷協(xié)同控制和管理。
對于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，你不可能知道用戶的用電行為習(xí)慣，而主動配電網(wǎng)卻可以精確地知道這些信息。作為項目課題研究基地，目前貴州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)校已經(jīng)在這方面走在了前面，由于有了課題組專門開發(fā)的APP，如今該校的賓館已經(jīng)可以在其服務(wù)平臺上，結(jié)合自身實際情況，按照需求選擇用電方案。如果對價格比較敏感，那他們可以將方案設(shè)定成節(jié)能型，比如在冬季用電高峰期的時候，主動配電系統(tǒng)會將其空調(diào)的溫度稍微調(diào)低幾度，節(jié)約下來的電力可以供給其他對穩(wěn)定性要求更高的用戶。相應(yīng)地，選擇節(jié)能型的用戶其支付的電價也會相對低一些。同時，主動配電網(wǎng)還可以通過自動采集到的信號，進行數(shù)據(jù)分析掌握相關(guān)信息，為用戶提供最優(yōu)用電方案。供電企業(yè)事先可以將網(wǎng)絡(luò)和負荷準備好，提醒用戶在合適的時機選擇用電。用戶可以隨時查詢實時的電價，幫助其調(diào)整用電行為，節(jié)省電費支出，還可以查詢到周邊分布式電源有哪些，自主選用，實現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)的電力資源最優(yōu)分配。
“領(lǐng)跑”主動配電網(wǎng)研究領(lǐng)域
“課題研究過程中共申請專利24項(其中發(fā)明專利17項)，發(fā)表論文52篇，編制企業(yè)標準1項，獲得軟件著作權(quán)4項；培養(yǎng)博士后3名、博士研究生7名，碩士研究生15名?！崩顟c生介紹，“我們研究的課題非常前沿，課題示范工程在全國也屬于領(lǐng)先地位，國家科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心在其網(wǎng)站上進行了重點宣傳，同時，2017年CIGREC6中國專家委員會也將在貴陽召開，在全國具有較大的影響力。”為了將課題理論研究成果進一步進行研究和試驗，下一步，課題組將結(jié)合示范工程目前已具有的主動配電網(wǎng)主站以及分布式電源條件申報重點實驗室；同時結(jié)合現(xiàn)場教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)適時開設(shè)分布式電源及主動配電網(wǎng)相關(guān)的教學(xué)課程和培訓(xùn)工作。
“這個項目在核心裝置，應(yīng)用支持系統(tǒng)，主動配電網(wǎng)的規(guī)劃、運行、決策、控制等技術(shù)和理論上都有新突破，對促進清潔能源的接入和就地消納，提升能源利用率有重要意義。”國家能源局貴州監(jiān)管辦公室監(jiān)管、黨組書記、專員潘軍認為，主動配電網(wǎng)技術(shù)成熟后，居民屋頂分布式光伏、小型風(fēng)機發(fā)電、發(fā)電機等產(chǎn)生的電量均可輕松“為我所用”。國家“863計劃”課題驗收專家組認為，“集成可再生能源的主動配電網(wǎng)研究及示范”課題的順利通過驗收，無疑為電力行業(yè)在未來解決大規(guī)模分布式能源接入配電網(wǎng)及我國主動配電網(wǎng)建設(shè)提供積極的探索和嘗試積累豐富的經(jīng)驗。(楊彬 唐學(xué)用)
