分布式發電儲能及微電網接入控制建設技術方案

國網江蘇省電力有限公司如皋市供電分公司 王 震

1 引言

原有的網絡模式為垂直式的，但智能電網出現后，特別是接入了分布式電源后，配網變成了水平網絡，這就需要創新電網運行模式，因此控制、調度分布式電源及微電網顯得尤為重要。

2 試點項目概況

在光伏發電方面，江蘇南通地區開展了以科學電力理念為指導的光伏發電項目發展專項研究，站在了中國資源節約型與環境友好型社會建設的前沿。根據江蘇南通地區社會的實際狀況和我國國家能源戰略實施，太陽能發電建設推動清潔新能源發展，這與開辟國際電能市場的重大政策措施、重大技術任務相契合。建設再生能源與環保工業園區為確保分布式發電、微電網和配電網的安全和諧運行，有必要研究分布式發電和微電網對配電網的影響，并根據研究成果提出合理地控制規范。

3 分布式發電儲能與微電網接入控制技術研究

3.1 分布式電源接入配電自動化系統方式

江蘇南通地區現有的分布式電源接入模式的設計方案如圖1所示。配電自動化系統通過三區資源中心相連，再利用信息總線接收分布式供電和負荷監控信息[1]。這種接入方式可以集中于資源中心，接入設計易于實現，成本低。此外，這一方案進一步提高了微網管理操作的便捷性、靈活性及系統結構清晰性，配電智能化控制系統管理復雜性得到有效控制。

圖1 分布式電源接入模式示意圖

3.2 配電自動化接入微網應用功能

結合江蘇南通地區能源與環保園區光伏發電站、充換電站等儲能電站及其分布式網絡供電和儲能微網的建設情況，逐步提高配電網對分布式計算電源和微網的接入能力與控制能力。布置式供電/微電網在接入配電網主站后，根據主站的具體使用情況，可按照研究與實際狀況，開展以下功能建設與關鍵技術研發。

3.2.1 分布式電源/微電網接入監控

根據分布式發電的特點，按照國家標準進行建模。分布式電源建模可以和配電網絡模型相結合，從而真正地實現分布式網絡供電和多種類配電網絡的整合。分布式電源SCADA系統在城市供電網的規劃層、分布式電源管理層和自主管理級三個層面，有效實現了綜合控制。同時，分布式電源是一種可受單獨控制的單位，因此在配網時，為了確保經濟性以及安全性，在設計方面采用該種電源方式更方便。當其接受調度令后，進行有效的控制，如調度、故障時切換，等等。同時，還需要完善監測工作，對供電經濟性進行分析處理。分布式電源這種創新的供電以及技術方式，比傳統系統更“干凈”，可減少電網的耗損，并且投資小，在供電時可靠性也更高[2]。

3.2.2 分布式電源/微網綜合展示

在分布式網絡結構下供電，為了確保供電的品質，因此在每一處供電的關鍵點，如上層供電、輸出回路等，均將電能品質的檢測儀安裝上，這樣操作的目的在于全面檢測回路中的供電情況，在畫面上就可以顯示這些關鍵點的電能質量。同時，可以將所收集的數據制作成曲線圖，供使用者一目了然。如發電量曲線、持續水力發電時間曲線、二氧化碳減排率曲線等，繪制分布式供電接入電網后的電氣示意圖，動態呈現分布式電源與微型供電系統間的水力發電過程與潮流，并直觀呈現微型供電系統與主配電網之間的潮流分布。顯示出分布式電源實時工作數據，監控分布式電源工作狀態，繼而得到光伏電站外觀及分布式電源相關數據。

3.2.3 含分布式電源及微網的協調控制

利用本項目觀察各布置式電源的發電與工作狀態，通過智能設定負荷功耗，確定負荷與供電特性，并結合工作調整策略，完成了各布置式電源系統之間發電與儲能狀態附加優化管理，平衡內部供電與微電網中的負載。對每個建設項目的主要技術經濟指標均作出客觀評估，需要通過系統控制方式，實現供電、微網與主配網之間傳輸，并對運行方式進行調度。通過數據分析完成決策，協助調度員工作。微電網并網運行期間，會按照各負荷的供電狀況調整其分布式供電出力，以達到微電網的穩定安全運營的目的。

3.3 數據傳輸方式

由于光伏電站本地監控系統的數據位于III區，需要通過反向隔離裝置傳到I區。

3.4 光纖系統信息通信

相比其他通信技術，光纖通信的優點有以下幾點：一是具有較寬的傳輸頻帶，能夠實現大容量通信；二是傳輸過程中產生的損耗較低，能夠在遠距離傳輸中推廣使用；三是體積小、重量低、抗風能力強、易于堆放；四是具有較好的私密性，不會出現信號泄漏的情況，不會產生串擾；五是耐腐蝕、耐酸堿，光纜可直接敷設于地下。

目前，商用計算機中多應用應用層協定，無法滿足工業生產過程控制領域現場設備間以太網需求，所以需要在標準以太網與TCP/IP協定的基礎上，構建網絡業務模式，建立健全以太網業務機制，配合工業生產現場系統中實時信號、非實時信號傳送，建立被普遍認可的應用層協定，即工業以太網協定。目前提出的工業以太網協定包括MODBUS/TCP、ProfiNet、Ethernet/IP、HSE等[3]。

4 分布式發電/儲能及微電網接入控制建設技術方案的實現

4.1 接入控制系統

只有接入了控制系統后，系統才能正常工作，所以為了確保分布式發電能以及主網、微電間的運行是更加流暢協調的，需要做好各項監控工作，監測實時數據，將數據記錄與歷史、環境數據進行比對，明確電網的實際運行情況，再根據這些數據擬定針對的控制方法。采用分布式發電接入控制的系統，監視多種網絡的運行并接收各微電網的控制系統信息。這樣操作的目的在于可以擬定具有針對性的控制管理對策，同時可以下達工作命令。

4.1.1 分布式發電/儲能及微電網監控內容

接收微電網控制系統上傳的分布式發電/儲能及微電網狀態數據，可以利用電氣接線圖監視分布式發電/儲能及微電網運行情況。系統控制主要包括手動控制和自動控制兩部分，手動控制指的是通過手動操作分布式發電/儲能及微電網的接入開關；自動控制指的是落實預先確定的控制策略。

4.1.2 高級應用功能

一是分布式發電/微電網出力控制：結合當前微電網的控制系統，同時使用聯絡線的功率控制功能，并且采用下達式的微電網，繪制微電網的控制系統功率，有效控制電網的實際情況。二是分布式發電/微電網發電預測：為了更好的調度分布式發電/微電網，可以根據自然資源情況和微電網控制系統的信息，合理預測分布式發電/微電網發電出力。三是分布式發電/微電網智能優化調度：分布式發電/微電網啟停和出力直接關系到主網電壓，系統可以結合分布式發電/儲能及微電網運行情況，開展智能化優化調度。

4.2 運行控制系統

4.2.1 微網運行控制

因微電網運行方式具有可變性特征，控制模式也具備多變性，因此增加了微電網控制技術的復雜性，需要研究控制技術，促進微電網發展。微網運行控制器結合轉臺數據和歷史數據，通過控制策略計算之后可以確定各執行設備的具體控制量。并且利用微網通訊控制器向執行結構下發，微網通訊控制器向配件向配電主站輸送狀態信息。

充分發揮微電網的運行以及控制功能，可以使用控制器的同時，將各發電單元融合在一起，通過協調控制系統再進行分布式的發電工作。這樣操作可較大提高電壓的穩定性，且頻率的穩定性也能得到控制。

4.2.2 微網保護

微網保護體系具有較大的差異性，在不同情況下短路電路流向、大小具有較大的差異性，結合微網的運行，對外部配電的保護工作進行協調處理，建立起相關的控制策略，同時做好事故災變的處理工作。在微網中接入分布式電源和儲能裝置支護，可以改變配電系統故障特征，故障后電氣量變化非常復雜，將會影響到傳統故障檢測方法，不利于精確定位故障發生問題。微網的運用方式有兩種，一種是獨立運行，而另一種則是并網運行模式，對微網內、外部的故障可以有效片。如果發生了配電系統的問題則可實現有效的獨立運行，并且可確保微網、主網間運行的可靠性，把故障元件切除即可達到修復的目的。在并網運行時，如果微網有故障發生，則需要將故障設備切除，有效提升微網系統在運行時的安全以及穩定性。

5 效益評估

5.1 經濟效益

5.1.1 可再生能源發電經濟效益分析

并網光伏發電可以為當地用戶提供充足的電力，節省傳統的一次能源消耗，改善用戶的能源消費模式。最初投入和產出不成比例，但隨著技術改進，風能和太陽能儲能設備的成本將迅速下降，產出迅速平衡。

5.1.2 提高用戶供電的可靠性

原供電線路一次網絡結構與設備配置不合理，通過網絡和一次設備改造，線路形成“多段供電”的結構和支線，增加了保護功能。如發生故障時，線路開關不再直接跳出，大大縮小了停電范圍。同時，多段、交叉口的轉換使線路可以實現負荷轉移，對提高用戶供電的可靠性有很大的好處。

5.1.3 智能電網技術應用示范效果分析

通過該項目的實施，江蘇南通地區的電網積累了智能電網建設經驗，特別是微電網分布式發電接入和運營領域的技術，為智能電網的全面落地奠定了技術基礎。

5.2 企業發展

電力以及能源的供需是呈矛盾的，其中最明顯的表現是峰谷差距在不斷增加，系統裝機的容量無法滿足最高負荷的需求。因為電力設施建設需要和用電高峰相適應才可，但由于這一谷值不斷增加，負荷會快速下降，這就說明了低谷期設備對于電力公司而言是處在一種休閑的狀態下。因此，在資源保護、建設成本等方面，如果只想通過增加設備來滿足用電需求，顯得是行不通的[4]。

分布式電源及儲能系統的接入，有著較大的企業效益，主要表現在以下三個方面：一是節約電網建設投資。合理接入分布式供電和儲能[5]，可以降低尖峰時間配電系統對電網容量的要求。在計劃中，供電企業將分布式容量工程列入輸配電建設項目計劃范疇，減少相應的輸配電項目投入，優化電力公司投資管理。二是減少線路損耗。由于分布式電源和與之配套的儲能系統配置在負載附近，因此輸電時的功率損耗小于長距離輸電相同功率時的功率損耗。三是通過五大系統的接入和控制，讓江蘇電網在風電、光伏系統和儲能接入的運營管理方面獲得了實戰經驗，積累了微電網的經驗。由于生產風力發電+光伏發電+儲能相結合的應用，加上定期組織技術培訓，也推動了微電網與風能和太陽能儲能的結合。

綜上，微電網為智能電網提供了一定的支撐，要想實現規模化必須要加強規范性，而且分布式電源的價格也要有合適的價格發展空間。同時，大電網交互時需要提出優化策略，具有一定的自我保護能力，由此便可認定分布式電源今后發展方向，包容性、靈活性、個性化、經濟性和自主性將進一步提升。