面向可再生能源的配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行優(yōu)化研究

貴州龍?jiān)葱履茉从邢薰?魏 宇

1 引言

隨著社會不斷發(fā)展，我國電網(wǎng)運(yùn)作的負(fù)荷也在日益增加。因此，如何有效提高配電網(wǎng)的高效運(yùn)作以及實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的長久穩(wěn)定發(fā)展，已成為當(dāng)前電力行業(yè)亟待解決的工作任務(wù)。所以，大力發(fā)展配電網(wǎng)可再生能源相關(guān)技術(shù)，并運(yùn)用科學(xué)化的方法進(jìn)行合理規(guī)劃，能夠確保配電網(wǎng)為用戶提供高效、持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)[1]。

2 案例分析

2.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為10kV 配電網(wǎng)，2回10kV 進(jìn)線電源，互為備用運(yùn)行方式。母線下有500kVA 變壓器1臺，315kW 消防水泵1臺。本期裝設(shè)10kV 并聯(lián)電容器4×8Mvar 及4×6Mvar 并聯(lián)電抗器，遠(yuǎn)景裝設(shè)6×8Mvar 電容器及6×6Mvar 電抗器。本期配置2臺接地變、消弧線圈，分別接于10kV I 段、II 段母線；本項(xiàng)目配電網(wǎng)總變?nèi)萘繛?15kVA。

2.2 可再生能源類型

風(fēng)能發(fā)電技術(shù)相比其他的可再生能源發(fā)電技術(shù)而言，有著更加多方面的優(yōu)勢特征，即綠色環(huán)保、效益高、適應(yīng)范圍廣等。目前，我國陸上風(fēng)能發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量已達(dá)1500～2000kW，占可再生能源發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的75.5%左右。基于可再生能源的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)類型需要根據(jù)容量而定，主要包括小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及特大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)等類型。不同類型的發(fā)電機(jī)都具有各自的特點(diǎn)，其中發(fā)電機(jī)的槳葉越長就表示其容量越大[2]。除此之外，還可以根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速類型，將其分為恒速機(jī)、變速機(jī)以及多態(tài)定速機(jī)等不同類型。風(fēng)能發(fā)電裝置主要包括由發(fā)電機(jī)、塔架以及基座這三部分共同組成。其中，塔架和基座是整個裝置的核心部分。塔架的上方是由槳葉片和旋轉(zhuǎn)轂構(gòu)建而成的變槳系統(tǒng)，槳葉片通常采用的是質(zhì)量小、強(qiáng)度高、防腐的高分子復(fù)合材料，從而能夠?qū)L(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。塔架是整個風(fēng)能發(fā)電裝置的中心，其主要是起到支撐作用。該裝置主要是通過塔架內(nèi)部的電纜進(jìn)行輸配電，進(jìn)一步將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成為電能供配電網(wǎng)使用。風(fēng)能發(fā)電裝置如圖1所示。

圖1 風(fēng)能發(fā)電裝置

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

一是風(fēng)能發(fā)電機(jī)控制技術(shù)。風(fēng)能發(fā)電技術(shù)是屬于并網(wǎng)技術(shù)，通過利用并網(wǎng)中的雙饋機(jī)、雙速異步機(jī)、變速異步發(fā)電機(jī)等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)電[3]。此外，為了能夠使風(fēng)能發(fā)電機(jī)中的并網(wǎng)技術(shù)能夠發(fā)揮出最大的作用效果，可以將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于并網(wǎng)中，確保風(fēng)能發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)轉(zhuǎn)速與功率能夠保持最佳水平。與此同時，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整來控制槳葉的間距，從而能夠有效提高風(fēng)能發(fā)電機(jī)在配電網(wǎng)中的作用，進(jìn)一步提升配電網(wǎng)輸配電質(zhì)量。

二是無功電壓控制技術(shù)。為了保證風(fēng)能發(fā)電技術(shù)在配電網(wǎng)中的運(yùn)行效率，還需要在其發(fā)電裝置內(nèi)部配置無功補(bǔ)償裝置，通過借助該裝置設(shè)備，能夠使風(fēng)能發(fā)電有效實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償功能，從而達(dá)到無功電壓控制目的。通過無功電壓控制技術(shù)還能夠有效較少出現(xiàn)輸送功率不穩(wěn)定情況，進(jìn)一步優(yōu)化配電網(wǎng)輸配電環(huán)境。

三是大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)能夠?qū)⒉杉降暮Ａ靠稍偕茉窗l(fā)電信息，通過數(shù)據(jù)清洗、挖掘等方式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對電力數(shù)據(jù)的預(yù)處理，并從中挖掘出可用的電力數(shù)據(jù)，明確其應(yīng)用價值，而該步驟也是提取風(fēng)能發(fā)電的波動特性和關(guān)鍵影響因素，能夠?yàn)槠潆娏υu估和精確預(yù)測提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

2.4 數(shù)據(jù)采集

基于當(dāng)前大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)背景下，為配電網(wǎng)中的風(fēng)能發(fā)電配置傳感器設(shè)備監(jiān)測可再生能源機(jī)組的工作狀態(tài)、電力數(shù)據(jù)信息以及發(fā)電機(jī)組檢修提供可靠的數(shù)據(jù)支持。例如：可再生能源發(fā)電的電力信息數(shù)據(jù)采集方式一般分為直采與間采。前者是通過終端傳感器裝置來采集電力信息，然后通過網(wǎng)絡(luò)層上傳配電網(wǎng)的電流、電壓、功率以及電量等電力數(shù)據(jù)至調(diào)度系統(tǒng)，如圖2所示。通過此種采集方式的電力數(shù)據(jù)具備準(zhǔn)確率高、實(shí)時性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 可再生能源電力數(shù)據(jù)采集場景

2.5 數(shù)據(jù)處理

可再生能源的配電網(wǎng)電力數(shù)據(jù)，將經(jīng)過有線和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綄?yīng)的通信管理平臺中進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，如圖3所示。在物聯(lián)網(wǎng)的末端設(shè)備匯集點(diǎn)處搭建智能邊緣代理，然后再同時接入多個業(yè)務(wù)終端，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的通信，同時也能夠進(jìn)行邊緣信息數(shù)據(jù)的存儲與計(jì)算。配電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)作為信息流的主要載體，可以通過區(qū)塊鏈技術(shù)來確保整個電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定、可靠性，而對于數(shù)據(jù)的保密性，則需要采用單獨(dú)的加密技術(shù)來確保其安全性。

圖3 電力信息數(shù)據(jù)的傳輸與處理

對數(shù)據(jù)處理而言，由于可再生能源發(fā)電信息具有的相似性特點(diǎn)，因此需要綜合考慮并制定統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)采集模式，才能保障電力信息數(shù)據(jù)的存儲、傳輸以及讀寫效率。配電網(wǎng)中的傳感設(shè)備類型眾多，與電力物聯(lián)網(wǎng)之間可能會產(chǎn)生多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)，因此需要對這部分電力信息數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，在確保信息數(shù)據(jù)的特征下，進(jìn)一步降低電力數(shù)據(jù)的冗余和處理難度。

2.6 效益分析

可再生能源應(yīng)用于配電網(wǎng)建設(shè)中，能夠促進(jìn)配電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行更加安全、可靠、穩(wěn)定，同時使得電力數(shù)據(jù)處理更加迅速，能夠帶來十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。可再生能源配電網(wǎng)中的AVC 模塊能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)電壓，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓進(jìn)行智能化調(diào)整，從而有效提高電網(wǎng)調(diào)度專員工作效率；應(yīng)用可再生能源技術(shù)能夠有效減少電網(wǎng)設(shè)備故障問題，盡可能地縮短調(diào)故障處理時間，降低故障成本。由此可見，該技術(shù)的應(yīng)用不僅具備較高的推廣價值，同時也創(chuàng)造了良好的社會效益。可再生能源配電網(wǎng)框架如圖4所示。

3 運(yùn)行優(yōu)化

3.1 布置科學(xué)配電網(wǎng)絡(luò)

針對配電網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)之前，需要對整個施工現(xiàn)場的情況進(jìn)行詳細(xì)勘查，然后根據(jù)現(xiàn)場所記錄的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全方面的布控和分析。針對實(shí)際施工過程中可能會出現(xiàn)的故障情況，需要提前制定相應(yīng)的預(yù)估方案和應(yīng)對措施，從而能夠確保整個配電工作能夠順利開展，并維持后續(xù)電力系統(tǒng)始終處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3.2 加強(qiáng)電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)

針對供電的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化，確保基礎(chǔ)工作能夠順利開展。規(guī)范配電網(wǎng)線路的線路接線工作，并結(jié)合實(shí)際情況對相關(guān)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來構(gòu)建智能化的管理系統(tǒng)。還需要與時俱進(jìn)引進(jìn)新型技術(shù)手段，在具體的配電工作中會使用不同規(guī)格的線路和設(shè)施設(shè)備，因其具備屬性不同、功能性不同所以需要對線路和設(shè)施設(shè)備采用不同的管理和維護(hù)方法，從而確保配網(wǎng)線路能夠安全運(yùn)行。

3.3 提高電網(wǎng)多時間尺度運(yùn)行

隨著可再生能源的不斷應(yīng)用，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性顯著增加，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的調(diào)度方式已經(jīng)無法應(yīng)對復(fù)雜多變的可再生能源配電網(wǎng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，通過建設(shè)電力物聯(lián)網(wǎng)平臺，能夠有助于配電網(wǎng)提高多時間尺度、多區(qū)域配電網(wǎng)耦合的統(tǒng)一化運(yùn)行，通過在該配電網(wǎng)層面進(jìn)行建模，進(jìn)一步促進(jìn)不穩(wěn)定性環(huán)境下的源荷平衡。

根據(jù)可再生能源配電網(wǎng)的時間尺度運(yùn)行時長來看，配電網(wǎng)的運(yùn)行需求與日常檢修工作需要進(jìn)一步協(xié)調(diào)。此時，物聯(lián)網(wǎng)配電網(wǎng)管理平臺能夠有效匯總配電網(wǎng)全線路段的檢修申報(bào)需求，從而構(gòu)建出相應(yīng)的線路、設(shè)備等檢修拓?fù)淠Ｐ停缓笤俳⑾鄳?yīng)的檢修方案，通過科學(xué)宏觀布控，進(jìn)一步提出多時間尺度運(yùn)行檢修方案，從而有效降低因可再生能源所產(chǎn)生的檢修影響。

3.4 加強(qiáng)電網(wǎng)維護(hù)管理

在整個可再生能源配電運(yùn)行過程中，確保線路安全運(yùn)行是關(guān)鍵。電網(wǎng)線路維護(hù)與日常管理是日常必要的檢查工作之一。作為電力企業(yè)需要制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)日常線路的檢查與維修，并按照標(biāo)準(zhǔn)定期開展安全稽查工作。除此之外，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)電網(wǎng)線路之間的運(yùn)維管理，為保障可再生能源技術(shù)在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，需要安插專業(yè)的運(yùn)維人員針對此部分線路和相關(guān)電力設(shè)備進(jìn)行全面檢查。例如：從檢查、維修、檢修都需要指派專業(yè)的運(yùn)維人員來負(fù)責(zé)，以此來加強(qiáng)線路的維護(hù)和管理工作，確保電網(wǎng)能夠穩(wěn)定持續(xù)地處于正常工作狀態(tài)。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)配電網(wǎng)已無法滿足當(dāng)前巨大的電力需求，所以大力發(fā)展配電網(wǎng)可再生能源相關(guān)技術(shù)，并運(yùn)用科學(xué)化的方法進(jìn)行合理規(guī)劃，能夠確保配電網(wǎng)為用戶提供高效、持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。該技術(shù)的應(yīng)用能夠滿足現(xiàn)代化發(fā)展需要，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，對于提升配電網(wǎng)運(yùn)行能力起著重要作用。因此，我國還需要重視可再生能源配電網(wǎng)的應(yīng)用研發(fā)工作，加強(qiáng)對該技術(shù)投入力度，促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展。