近日，廣東電網(wǎng)公司牽頭承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃課題“主動(dòng)配電網(wǎng)的間歇式能源消納及優(yōu)化技術(shù)研究與應(yīng)用”通過技術(shù)驗(yàn)收，驗(yàn)收專家肯定，課題完成了任務(wù)書規(guī)定的各項(xiàng)研究工作和技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到了主要指標(biāo)考核要求，以佛山三水廣成鋁業(yè)和金世界鋁業(yè)的5.5MW金太陽工程為依托，建成國(guó)內(nèi)首個(gè)主動(dòng)配電網(wǎng)示范工程，儲(chǔ)能接入容量達(dá)1.1MWh，實(shí)現(xiàn)了光伏消納率100%。

“除了示范工程的成功，更重要的是我們?cè)跒榕潆娋W(wǎng)的遠(yuǎn)景規(guī)劃、提高配電網(wǎng)對(duì)新能源發(fā)電的接納能力、以及提高配電網(wǎng)對(duì)新能源發(fā)電接入后的管理能力等方面做出了重要的探索與實(shí)踐，”項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人、廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院智能電網(wǎng)所余南華博士表示，該項(xiàng)目為我國(guó)大力促進(jìn)分布式光伏發(fā)電的發(fā)展提供了技術(shù)保障。

分布式能源帶來的三元格局

數(shù)據(jù)顯示，全球九成以上的電力負(fù)荷需要以煤炭和石油為主的傳統(tǒng)化石類能源，通過集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電的形式為其提供電能。然后隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)能源的急缺以及環(huán)境污染等問題不斷惡化，清潔、可再生能源快速發(fā)展，分布式發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)成為電網(wǎng)企業(yè)早晚要遭遇的挑戰(zhàn)。

“小規(guī)模的分布式能源接入只會(huì)影響電網(wǎng)的局部運(yùn)行，而大規(guī)模，即高滲透率分布式能源的接入?yún)s會(huì)影響電力系統(tǒng)的全局運(yùn)行，就像你往一杯水中加一點(diǎn)點(diǎn)糖，并不會(huì)改變它的無味狀態(tài)，但隨著糖的增多，濃度越來越大，整杯水就會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化。”余南華介紹，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)是“電網(wǎng)-負(fù)荷”的雙元結(jié)構(gòu)，而隨著分布式能源接入配網(wǎng)的滲透率提高，配電網(wǎng)就會(huì)形成“分布式能源-電網(wǎng)-負(fù)荷”的三元新格局。

在傳統(tǒng)的雙元結(jié)構(gòu)中，我們可以對(duì)電網(wǎng)整體調(diào)度來適應(yīng)負(fù)荷的變化，或是通過對(duì)負(fù)荷的一些控制、需求側(cè)的管理等方式來實(shí)現(xiàn)電力平衡，運(yùn)行和管理方式相對(duì)簡(jiǎn)單。而接入了分布式能源，就會(huì)打破原有的平衡，傳統(tǒng)的調(diào)度、監(jiān)控、運(yùn)行模式就會(huì)顯得被動(dòng)。

據(jù)了解，分布式能源比較高效的消納模式是“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”，所以分布式能源是用戶側(cè)也是電源側(cè)，它會(huì)改變?cè)瓉黼娋W(wǎng)到負(fù)荷的單向電力潮流，形成電網(wǎng)到負(fù)荷、分布式能源到負(fù)荷、分布式能源到電網(wǎng)等多種潮流的混合。“自己不發(fā)電時(shí)它就是個(gè)負(fù)荷，如果發(fā)電就會(huì)直接影響電壓水平，今年5月初，廣深地區(qū)有個(gè)光伏項(xiàng)目，低壓側(cè)電壓突然升到了250伏，正常是一般都不會(huì)高于235伏，一檢查發(fā)現(xiàn)，五一放假幾天，用電設(shè)備都停產(chǎn)了，自己沒有用電負(fù)荷，只有光伏在不停對(duì)外送電。”

分布式能源的間歇性特性，也給新三元結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定平衡增加了新的不確定性。“目前應(yīng)用最多的風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電等輸出的電能都具有很大的隨機(jī)性，這給合理安排配電網(wǎng)運(yùn)行方式、確定運(yùn)行結(jié)構(gòu)帶來了很多困難。比如3月份德國(guó)的日全食，由于德國(guó)分布式發(fā)電比重最高已達(dá)50%，德國(guó)的電力公司一年多前就開始準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)了。”余南華告訴記者，主動(dòng)配電網(wǎng)的提出，就是要致力于協(xié)調(diào)三元結(jié)構(gòu)的平衡，提前應(yīng)對(duì)負(fù)荷和分布式能源本身存在的不確定性產(chǎn)生的被動(dòng)局面。

主動(dòng)的邏輯

“這是一個(gè)前沿性的項(xiàng)目，存在很多未知，我們?cè)陧?xiàng)目申請(qǐng)批復(fù)后的第二年才真正找準(zhǔn)了方向。”余南華坦誠(chéng)，在研究方向不明朗的第一年，整個(gè)團(tuán)隊(duì)只能按照項(xiàng)目要求的指標(biāo)一項(xiàng)項(xiàng)機(jī)械地完成著。

經(jīng)過一年的摸索，項(xiàng)目組找到了主動(dòng)配網(wǎng)的核心理念，即主動(dòng)規(guī)劃、主動(dòng)控制、主動(dòng)管理、主動(dòng)服務(wù)等四個(gè)方面，“跟傳統(tǒng)配電網(wǎng)比，我們要將分布式電源作為重要的一元來考慮，比如為了在三元之間進(jìn)行功率平衡，對(duì)不確定性進(jìn)行管控，我們?cè)谝?guī)劃設(shè)計(jì)階段就要充分考慮二次系統(tǒng)的部署配置，進(jìn)行一次電網(wǎng)架構(gòu)和二次自動(dòng)化系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃;比如我們必須通過預(yù)測(cè)，對(duì)能量流的不確定性進(jìn)行提前評(píng)估，還要解決不確定性引起的電能質(zhì)量問題等等。”

有了理念就有了靈魂，項(xiàng)目針對(duì)滲透率逐漸提高的間歇式能源發(fā)電接入配電網(wǎng)的現(xiàn)象，提出了建立多級(jí)分層消納的新技術(shù)模式，以提升配電網(wǎng)對(duì)分布式發(fā)電的有序管理能力，并從全網(wǎng)潮流最優(yōu)運(yùn)行的角度提升能源的使用效率。

分層指上下兩層，上層是總的監(jiān)控管理中心，下層是指多種控制設(shè)備，包括控制、計(jì)量、通訊的二次設(shè)備，聯(lián)絡(luò)開關(guān)、儲(chǔ)能之類的可控資源等。

所謂多級(jí)，是指點(diǎn)消納、線消納和面消納三個(gè)不同的層級(jí)。“點(diǎn)消納顧名思義，就是已分布式能源為核心的一定范圍內(nèi)自產(chǎn)自銷，微電網(wǎng)就是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)消納的一種理想的方式;線消納就是分布式能源多發(fā)的電量以反向潮流的形式上來后，可以在配電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的線路上進(jìn)行靈活的轉(zhuǎn)移利用，不直接倒送至變電站造成線損浪費(fèi)，而是進(jìn)行‘線上轉(zhuǎn)移消納’;面消納是在線消納無法完成消納任務(wù)情況下，匯集到變電站，由變電站層面進(jìn)行統(tǒng)一能量?jī)?yōu)化管理。”余南華介紹，現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)可以做到點(diǎn)和線層面的消納，面消納需要結(jié)合輸變電技術(shù)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步升級(jí)，而就我國(guó)目前分布式能源的規(guī)模，點(diǎn)消納就基本能解決問題了，線消納技術(shù)可以滿足未來分布式發(fā)電較長(zhǎng)一段時(shí)期的消納需求。

為了未來的努力

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的分布式能源起步較晚，2014年底，國(guó)內(nèi)已建和在建的分布式能源項(xiàng)目裝機(jī)總?cè)萘考s540萬千瓦。根據(jù)國(guó)務(wù)院印發(fā)的《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2015年，我國(guó)將建成1000個(gè)天然氣分布式能源項(xiàng)目、10個(gè)天然氣分布能源示范區(qū);分布式太陽能發(fā)電達(dá)到1000萬千瓦，建成100個(gè)以分布式可再生能源應(yīng)用為主的新能源示范城市。“未來國(guó)內(nèi)的分布式能源市場(chǎng)前景可期，電力企業(yè)必須提前做好準(zhǔn)備，”余南華說“無論從社會(huì)效益還是用戶和企業(yè)利益來看，主動(dòng)配電網(wǎng)都是不錯(cuò)的選擇。”

對(duì)于用戶而言，靈活的接入主動(dòng)配電網(wǎng)，意味著更高的供電可靠性和供電質(zhì)量，“分布式電源和電網(wǎng)供電可以互為備用電源，就能減少停電時(shí)間、縮小停電面積。”對(duì)于消費(fèi)者來說，可以主動(dòng)參與需求響應(yīng)和電網(wǎng)運(yùn)行，提高用電自主性，節(jié)約電費(fèi)支出，“比如，電網(wǎng)負(fù)荷高時(shí)，客戶可以將自家的分布式能源發(fā)的電賣出，而在電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)，就用大電網(wǎng)的電。”而主動(dòng)配電網(wǎng)帶來的高效運(yùn)行、多電源協(xié)同、移峰填谷、電力定制服務(wù)等對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和電網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展都有積極影響。

在推廣方面，可以通過增加必要設(shè)備的方式將傳統(tǒng)配電網(wǎng)改造成主動(dòng)配電網(wǎng)，但目前來講，配電企業(yè)還缺乏維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，也沒有承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的驅(qū)動(dòng)力，現(xiàn)有的通訊基礎(chǔ)設(shè)施也還不足以承擔(dān)主動(dòng)控制和主動(dòng)管理的功能。

“就目前分布式發(fā)電發(fā)展規(guī)模來看，這還是一項(xiàng)未來技術(shù)，”余南華說，目前看來，配電網(wǎng)還未形成“源-網(wǎng)-荷”的三元結(jié)構(gòu)，當(dāng)下課題形成的系列技術(shù)對(duì)公司能起到的作用相對(duì)有限，但是必須建立這樣的意識(shí)和技術(shù)概念，進(jìn)行前期探索和研究，比如我們未來的電網(wǎng)規(guī)劃肯定要考慮間歇式能源發(fā)電的不確定性、概率性，提前考慮未來發(fā)展的規(guī)模和分布式發(fā)電容量分布，要兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性，充分利用資源。另一個(gè)方面來看，國(guó)家各層面都在大力推進(jìn)分布式能源的發(fā)展，分布式光伏、電動(dòng)汽車充電設(shè)施的爆炸性發(fā)展成為當(dāng)下可見的預(yù)期，這必將促進(jìn)主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)需求的早日到來，也意味著主動(dòng)配電網(wǎng)將成為并不遙遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)。