主动配电网源网荷协调运行机制研究

主动配电网源网荷协调运行机制研究

田丰

（国网江苏省电力公司常州供电公司江苏常州213000）

摘要：配电网以其联系电网和用户的重要作用，在电力系统中有着不可或缺的重要性，配电网的安全可靠关系到整个电网的安全可靠。电力系统的智能化水平和环保效益也通过配电网体现出来。时至今日，配电网已经产生了巨大的变化，其中最显著的就是多种分布式电源的大量接入和用户侧多元性负荷的大力发展。怎样使配电系统更加灵活，分布式发电资源的调配更加合理，保证电能传送和分配更加可靠和高效，提高用户侧参与网络互动的主动性和有效性，已经在学术界引起了不小的关注和探讨。为了积极应对上述发展趋势，世界各国电力工业都不约而同地将发展智能电网，尤其是主动配电网的协调运行作为应付未来挑战的重要策略。

关键词：主动配电网；源网荷；协调运行；机制

1分布式电源特性

1.1风力发电

风能是储量极其丰富的清洁的可再生能源。据统计，全球风能超出了水能的十倍之多，达到了惊人的1300亿千瓦。然而，并不是所有风能都是可用的，只有达到一定有效的风能密度，才有开发利用的价值。我国风能的可用区域大致可以分为4个水平的区域，以表征风能可开发利用的程度，依据的标准是风能密度指标和年平均风速累计的时间数。除了受地域因素的影响之外，风能还受其他因素的影响，比如气温的高低、光照强度、时间周期等等，表现出很强的随机性和间歇性。同时，因为风能本质上是太阳能的一种转换形式，所以在一定程度上，风电又表现出周期性和可预测性。

1.2光伏发电

太阳能来自于太阳内部剧烈的核聚变所释放出来的核辐射能量，取之不尽用之不竭。合理利用这些太阳能，可以大大减少化石能源的使用，缓解能源压力。在光伏发电、太阳能热发电这两种发电方式中，光伏发电方式占据了主要位置。光伏发电的原理是“光生伏打效应”，当阳光照射到光伏电池时，会产生电子空穴对。这些电子空穴对受到电场力的作用，向电池的两端集合，电池两端的正负电荷聚集越多，电压也随之升高。在电池两端接入负载，光伏电池就会发出电流，输出功率。光伏发电的输出功率随着天气的变化，具有很强的波动性。

1.3燃料电池

近年来，燃料电池以其高效、环保、快速以及极好的稳定性，获得了电力系统的青睐。这种电池的原理是，将燃料中的化学能通过氧化还原反应，产生带电粒子的定向移动，直接转化为电能输出。研究表明，在负荷变化范围在25%～100%的时候，燃料电池可以有很好的响应效果，其效率不会受外界因素影响而产生大的波动，响应速度会维持在很高的水平。

1.4需求侧发电

电力系统中，许多工业用户出于对自身的用电可靠性的保证，往往会装设各种自带电源。这种发电方式叫做需求侧发电。需求侧发电的主要形式包括柴油发电机、不间断电源（UPS）、风力发电以及小型光伏发电等等。用户侧的这些分布式电源，在负荷管理中起到的作用越来越大，已经逐渐成为一种新的电能调度模式。

2源网荷协调模式

2.1源-源互补

为了提高分布式电源的利用效果，有必要对分布式电源的分布特性作研究。一般来说，风电和光伏发电存在着时间上的互补性。主要表现在两种时间尺度上的互补性。从大时间尺度上来看，风光电源的输出随着季节的更替会出现变化，春冬两季节，风电出力比较大，光伏出力比较小；夏秋两季节，光伏出力比较大，风电出力比较小。从小时间尺度上来看，在白天光伏出力比较大风电出力比较小，相反，夜晚风力发电量增加，光伏不发电。

自然条件的限制，调节波动性的能力有限。近年来，储能技术得到飞速发展，可以在分布式电源功率过剩的时候储存电量，在功率缺损的时候释放能量。因此可以借助储能系统，和分布式发电相配合，提高供电稳定性，为多能互补系统提供支持。储能系统在平滑出力波动、跟踪发电计划、削峰填谷、系统调频等方面有巨大作用。

储能容量需求的大小，和风光电源容量配置的比例相关。风光储不同容量之比，对风光互补特性、协调控制能力和出力波动的平滑方面效果是不同的。当储能系统容量小于风光发电容量的1/10时，风光互补可以对出力起到一定的平滑作用，但是却仍有10%的发电波动率。当储能系统的容量上升到风光容量的1/4时，储能系统的调节效果得到了很大的提升，整个系统的出力波动率下降到了5%，而当继续增加储能元件的容量至1/3时，波动率可以下降到3%。

2.2源-网协调

源网协调现阶段主要研究的是机网协调运行所涉及到的问题，例如发电机进相运行、频率保护、一次调频以及二次调频、失磁保护、电压的自动控制等问题。这些研究都停留在比较传统的配电网机网协调研究，并没有充分考虑到新能源接入电网后，如何实现各种间歇式能源之间的高效组合利用，以及分布式电源对电网运行以及继电保护的影响。

在源网协调模式下，一方面，对于大规模接入电网的新能源，将其与电网内的常规能源包括火电、水电等常规发电能源分工与合作，采取联合外送的策略。另一方面，对于小容量分散接入的分布式电源，可以通过智能配电网和微电网，将其组合应用，让配电网变得更加灵活，提高电网运行的效率。源网协调也在不断的发展，大量间歇式能源也变得更加容易预测，对分布式电源的控制和调度策略也变的更加成熟，这些都能大大降低间歇式能源的“不友好”的特点。

2.3源-荷协调

早期的源荷互动是，当发电机出力和负荷不相匹配时，采取的切负荷措施或者拉闸限电措施，用户不是自愿的参加互动的。后来需求侧的资源可以选择多种响应方式，通过一定的经济补偿方法，包括可中断负荷、直接负荷控制、虚拟发电厂等，参与到日前发电计划，增强了源荷的互动性。可控负荷侧和分布式电源侧可调用的资源会逐渐增强，与此同时，各级电力用户参与系统管理和决策的话语权也变得不再遥不可及，所以源荷协调将在不久的将来获得很大的发展。源荷互动协调不仅可以增加系统的可调度资源，使得电力市场的价格波动减小，而且可以节能减排，提高可再生能源的利用率，也使传统机组运行状态趋于稳定。

2.4网-荷互动

电力系统的安全性、可靠性和经济性在很大程度上取决于电力负荷的负荷特性。在电力系统需求侧，可以通过一些列的政策比如电价激励、可中断补偿等措施，促使用户主动参与系统的削峰填谷，以促进电力的供需平衡，这将大大增强电力系统运行的经济性和稳定性。另外，可中断负荷可以看作是电网的一种特殊形式的“备用容量”，用来实现电网调度的紧急备用，已经成为提高电网安全可靠的重要保证。随着电力系统中柔性负荷比例的增加，电网侧和负荷侧的能量交互从原来单一模式走向双向模式，可以参加电网的调控，逐步实现电力系统的网荷互动。

3主动配电网源网荷多目标协调运行分析

以电网安全可靠、经济环保和良好互动为主要目标，依托各种监控手段，通过各种交互方法，充分协调调度电源侧、电网侧和负荷侧可以调动的资源，实现配电网中电源、网络、负荷共同参与并优化系统运行。提高对可再生能源的消纳能力，实现源网荷三方面的良好互动，保证配电网安全可靠、优质高效运行。该协调运行模式是包含“电源、电网、负荷”的整体解决方案的关键技术。

结语

随着能源短缺问题和污染问题的日益严重，以及用户的电力需求不断增加，传统电力系统已经显现出诸多不足之处。在这种形势下，各种分布式电源以其清洁高效、成本低廉、可再生等等优点，在整个电力系统中所占的比例逐步增加。其中，尤以风力发电和光伏发电为甚。然而，分布式发电一个最大的特点就是其随机性很强，难以预测，会影响电网的安全稳定。这就给分布式发电并网提出了新的要求，于是主动配电网源网荷协调运行应运而生。

参考文献：

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[2]李海涛.智能配电系统信息与调度技术研究[D].华南理工大学,2016.

[3]钟清,张文峰,周佳威,刘东,陈炯聪,陈云辉.主动配电网分层分布控制策略及实现[J].电网技术,2015,(06):1511-1517.