1、背景及意義
為了實現(xiàn)能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性, 未來配電網(wǎng)將逐漸發(fā)展為具有可再生、分布式、互聯(lián)性、智能化等特征的能源互聯(lián)網(wǎng)。與智能配電網(wǎng)中分布式可再生能源采用局部控制和消納的方式相比, 能源互聯(lián)網(wǎng)將通過廣域范圍互聯(lián)與協(xié)調(diào)控制的方式實現(xiàn)多能源的優(yōu)化調(diào)度、互補和共享, 從而滿足大規(guī)模分布式電源(Distributed Generation, DG)安全并網(wǎng)的迫切需求。由此, 多能源互聯(lián)共享的未來配電網(wǎng)發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題主要包括:
1) 為了滿足安全性、經(jīng)濟性和可持續(xù)性的要求, 如何較好地解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的矛盾?
2) 為了適應高滲透率水平分布式電源的安全可靠接入, 如何大幅度提高配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力?
傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)多以輻射狀、多分段單聯(lián)絡、多分段多聯(lián)絡為主, 難以適應未來配電網(wǎng)的多能源優(yōu)化調(diào)度、互補和共享等新需求, 嚴重制約了配電網(wǎng)對分布式可再生能源的接納能力, 為此, 本文提出一種雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)以解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的矛盾。該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多能源的優(yōu)化配置和互聯(lián)共享, 提高配電網(wǎng)中分布式資源的整體經(jīng)濟性和利用率, 適應大規(guī)模分布式電源的安全、可靠接入, 提高配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力。
2、雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)特點及構(gòu)建方法
2.1雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)特點
雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)是由基本能源聯(lián)絡線和柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡線組成的。
基本能源聯(lián)絡線是指能夠?qū)崿F(xiàn)不同節(jié)點之間能源互聯(lián)的專用聯(lián)絡線路, 它能夠從局部的角度解決本地能源的自然平衡的問題, 該線路上的潮流仍呈現(xiàn)自然分布。
在基本能源聯(lián)絡線上合理配置柔性交流配電(D-FACTS)裝置, 實現(xiàn)潮流的雙向調(diào)節(jié)、按需調(diào)節(jié)和快速靈活調(diào)節(jié), 稱為柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡線, 它能夠從全局的角度解決廣域能源的優(yōu)化調(diào)度、互補和共享的問題。
2.2雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法
構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)的基本思路是在網(wǎng)絡的關(guān)鍵節(jié)點之間優(yōu)化配置基本能源聯(lián)絡線和柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡線, 從而很好地解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的問題, 其具體步驟如下:
步驟1: 根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、負荷特性和DG并網(wǎng)情況, 選取配電網(wǎng)中能量需要優(yōu)化分配的關(guān)鍵節(jié)點。
步驟2: 根據(jù)能量最優(yōu)分配及投資運行經(jīng)濟性的原則, 以網(wǎng)絡損耗成本、線路和設(shè)備投資成本、停電損失成本以及電壓改善收益等指標作為目標函數(shù), 以節(jié)點電壓、相角、有功功率、無功功率和線路輸送容量等作為約束條件, 建立能源聯(lián)絡線的優(yōu)化規(guī)劃模型。
步驟3: 基于上述優(yōu)化規(guī)劃模型, 在需要實現(xiàn)能源主動調(diào)度的供電區(qū)域內(nèi)外的關(guān)鍵節(jié)點之間搭建柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡線, 并優(yōu)化計算出聯(lián)絡線上的D-FACTS的安裝位置和容量, 在需要實現(xiàn)能量自然平衡的供電區(qū)域內(nèi)外的關(guān)鍵節(jié)點之間搭建基本能源聯(lián)絡線, 由此形成雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)。
步驟4: 為雙層次能源聯(lián)絡線設(shè)置必要的繼電保護和安全自動裝置以滿足系統(tǒng)的安全可靠性要求。圖1為構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)的方法流程。
圖1 構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)的方法流程圖
3、雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力水平
為了更加快速準確地計算配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力, 本文建立了含DG的配電網(wǎng)的二維多分辨率模型, 提出了多因素影響下配電網(wǎng)對DG接納能力的分析方法, 并通過33kV環(huán)狀配電網(wǎng)的典型算例對具有雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)的接納能力進行了分析計算, 仿真結(jié)果如圖2所示, 由此得出如下主要結(jié)論:
1) 通過仿真計算, 當考慮電壓和功率損耗的影響, DG的最大準入容量百分比可達到37.4%; 當考慮電壓、功率損耗和線路熱穩(wěn)定極限的影響, DG的最大準入容量百分比僅達到20%。由此可見, 當考慮的制約因素不同時, 配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力水平也不盡相同。當DG采用大規(guī)模集中接入方式時, 配電網(wǎng)的接納能力受到線路熱穩(wěn)定極限和電壓的嚴重制約。
2) 與集中接入方式相比, 分散接入后DG最大準入容量百分比由20%提高到35%, 此時配電網(wǎng)接納DG的能力更強。這主要有兩方面原因, 一方面單點集中接入方式下DG的實際出力在極大程度上受限于線路最大輸送容量, 而多點分散接入方式下則幾乎不受影響;另一方面, 小規(guī)模DG分散接入時, 輸出功率便于就地消納, 易于實現(xiàn)電量平衡, 網(wǎng)絡損耗較小。因此, 基于能源互聯(lián)結(jié)構(gòu)的未來配電網(wǎng)中DG宜以分散接入方式為主。
3) 與傳統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)相比, 采用雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)后DG最大準入容量百分比由35%提高到53.6%, 這是因為雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多能源的優(yōu)化配置和互聯(lián)共享, 提高配電網(wǎng)中分布式資源的整體經(jīng)濟性和利用率, 較好地解決了本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的問題。因此, 采用雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)可以大幅度提高配電網(wǎng)對DG的接納能力, 實現(xiàn)能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性。
圖2 采用雙層次能源聯(lián)絡線結(jié)構(gòu)前后的DG最大準入容量百分比