智能電網中分布式光伏發電的應用研究

摘 要 面對電力系統不能滿足社會對電力能源和供電可靠性日益增長的需求的問題，具有自愈、清潔、經濟等優點的智能電網已成為電力發展的重要趨勢。本文介紹了智能電網的概念，特點和結構，提出了智能電網中分布式光伏發電的幾個關鍵技術問題，并對每個問題進行了深入探討，從而指出了智能電網的未來發展。

關鍵詞 智能電網;分布式光伏發電;應用研究

引言

在近一個世紀的時間里，電力系統已經發展成為一個集中發電和遠距離傳輸的大型網絡系統。當前，在能源，環境，經濟和政治等諸多因素的推動下，未來幾十年全球電力系統將發生深刻的變革。發達國家和發展中國家的傳統電力系統都面臨著前所未有的挑戰：①用于傳統火力發電的煤和石油等化石燃料用盡，人們必須開發新的可再生能源來滿足不斷增長的電力需求;②溫室氣體排放引起的氣候變化問題迫使傳統的發電方式向清潔，環保的方向發展;③高度互聯的電力系統結構和設備老化問題不容忽視，局部小故障范圍內發生的任何事情都可能迅速傳播并影響整個電網，近年來頻繁發生停電事故，充分暴露了電力系統的脆弱性;④電子設備的廣泛應用使電力用戶對電能質量，可靠性和經濟性提出了越來越高的要求。

在如此嚴峻的形勢下，如何確保可靠，安全，環保，高效，靈活的電力系統已成為21世紀最引人注目的難題和挑戰。為了解決這個問題，幾年前，歐盟提出了“智能電網”的概念，然后推動了智能電網的研究與發展：智能電網技術是確保歐洲電網電力技術質量和發展方向的關鍵。IBM與全球電力研究機構和電力企業合作開發“智能電網”解決方案。現在，中國的電力行業也開始關注智能電網（也稱為“交互式電網”）的發展：2007年10月，華東電網有限公司啟動了智能電網可行性研究項目，并有望到2030年完成華東電網的建設。但是，當前的電力系統還遠未達到未來的智能電網。在現階段，進一步定義智能電網，探索，研究和解決智能電網實現過程中的各種技術問題，對于不斷完善當前電網功能和逐步實現智能電網具有重要意義。

1智能電網的概念與結構

當前，由于不同國家根據國情對智能電網有不同的需求和考慮，因此，對智能電網還沒有一個統一而清晰的定義。廣義上講，智能電網可以優先考慮清潔能源的智能調度系統，可以動態定價的智能計量系統以及可以通過調整發電和電氣設備的功率來優化負載平衡的智能技術系統。圖1顯示了未來智能電網的基本結構。電能不僅從集中式發電廠流向輸電電網，配電網和用戶，而且還擴散到電網中各種形式的新能源和清潔能源中：太陽能、風能、燃料電池、電動汽車等。此外，高速雙向通信系統實現了控制中心與電網設備之間的信息交互，先進的分析工具和決策系統確保了智能電網的安全，穩定和優化運行[1]。

通過分析和比較歐美國家對智能電網的定義，可以總結出智能電網的五個關鍵特征。自愈：實時掌握電網的運行狀態，預測電網的運行趨勢，及時發現快速診斷隱患，防止故障發生;當故障發生時，它可以快速隔離故障，并在沒有人工干預的情況下恢復自身，從而避免大規模停電的發生。兼容性：電網可同時適應集中發電和分布式發電兩種方式，實現與負荷側的互動，支持接入各種清潔，綠色和可再生能源，滿足電網與自然環境的和諧發展。優化：優化資產規劃，建設，運營和維護等，提高資產的利用效率，降低運營，維護和投資成本。交互：實現與用戶的智能交互，有效進行電力交易，實現資源的優化分配，提供最佳的電能質量和供電可靠性。集成：實現監控，控制，保護，維護，調度，電力市場管理等數字信息系統的全面集成，形成完善的輔助決策系統。研究人員發現，智能電網相對于當前電力系統的優勢在于：①具有早期發現電網問題并采取糾正措施的能力;②接受更多的數據和信息并做出回應;③系統的快速恢復能力;④快速適應電網變化，進行拓撲重構;⑤為操作人員提供先進的視覺輔助系統。

2分布式能源的智能管理系統

分布式能源是指安裝在用戶端的綜合能源利用系統，主要包括分布式電源和分布式能源存儲系統，以及負荷側能源管理系統和熱電聯產系統。其中，分布式電源的形式包括風力發電，光伏發電，微型燃氣輪機和小型水力發電等，而分布式儲能系統包括燃料電池和蓄電池等。在丹麥，芬蘭和挪威等北歐國家，分布式發電的現有裝機容量已超過其總裝機容量的30%。可以預見，在不久的將來，分布式能源將進入數百萬個家庭。

但是，當整合大量的分布式能源時，電網的結構，能源形式，潮流，信息交換和控制方式變得更加復雜。因此，可以從以下幾個方面研究由分布能量引起的問題。

分布式能源運行管理優化。一方面，風能，光伏發電等分布式電源具有間歇性的能源特性，因此有必要通過實時，準確的發電量和負荷預測來優化分布式電源的調度和管理，以達到確保電網安全穩定運行，提高供電可靠性。另一方面，通過分布式儲能裝置，保持發電量和電網負荷的動態平衡，除了大容量的電池儲能裝置外，大量的混合動力汽車電池也將是重要的分布式儲能的形式以及一種新型的負載，它可以用作能量存儲設備來補償峰值功率負載中的電量，并且在負載較低時可以吸收和存儲電量，因此汽車電池數量的監控和調度管理將是分布式能源管理的重要內容。

分布式能源準入標準和規劃方案。基于現有的分布式電源訪問標準IEEE1547系列，考慮到并網的不同類型，容量和數量的影響，對相關標準進行了改進和補充。同時，由于低壓配電網，大量的分布式能源接入網格結構不再由垂直輻射的發電，傳輸和分配，而是類似于互聯網信息傳輸模式，能量雙向新布局的定向流向，因此必須合理規劃和設計分布式電源的類型，安裝位置和容量等，有效地發揮分布式能源的作用，提高電源的可靠性。

新的保護方法和技術。由于接入大量的分布式能源和潮流的雙向流動，繼電保護的工作原理和操作邏輯變得更加復雜，傳統的故障檢測方法和保護原理將不再滿足要求。因此，有必要對現有的保護系統進行改造，以適應變化，并在電網發生故障或故障時實現靈活的網絡拓撲重構，將故障影響范圍限制在最小，并快速恢復供電[2]。

3光伏發電工作原理

光伏陣列轉換產生的電能與接收到的光強度有關。光強度隨著季節和時刻的變化而變化，因此光伏發電的輸出功率不是恒定的。考慮到光伏發電系統的蓄電池容量不是很大，逆變器直接發光后，變壓損失到電網，并在深夜，由于價格低廉，對光伏發電系統進行充電，直到高峰負荷，價格較高，用戶可以獲得收益，可以緩解電網壓力。

4結束語

將分布式光伏發電系統集成到智能電網中，可以起到降低系統峰值負荷的作用，對于電網的安全運行和能源的充分利用具有重要作用。為低壓配電網提升電壓，減緩降壓效果;系統重載線路的負載率降低，并且系統的電壓穩定性不受威脅。當然，將分布式光伏發電系統集成到智能電網中也會帶來一些需要解決的負面問題。

參考文獻

[1] 盛萬興，吳鳴，季宇，等.分布式可再生能源發電集群并網消納關鍵技術及工程實踐[J].中國電機工程學報，2019，39（8）：2175-2186，1.

[2] 肖湘寧.新一代電網中多源多變換復雜交直流系統的基礎問題[J].電工技術學報，2020，30（15）：1-14.

作者簡介

方尚兵（1987-），男，湖北監利人;畢業院校：三峽大學，專業：電力系統自動化、行政管理，學歷：本科雙學位，職稱：工程師，現就職單位：國家電投集團廣西電力有限公司，研究方向：新能源項目開發，綜合智慧能源項目開發工作。