智能电网调度新技术对地区电网的影响研究Word下载.docx
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对于电网发展中相关技术的讨论及所遇到的问题的解决必须考虑电网未来的发展形态,使研究项目符合电网发展的整体要求。
随着智能电网的建设,新设备、新技术不断涌现,将大大改变地区电网形态,
也直接影响到地区电网的运行管理。
接下来将从输电网、配电网、需求侧三个方面介绍对地区电网有直接影响的智能电网新技术。
1智能电网新技术对输电网的影响
由于我国经济和能源分配不均,如何将西部和北方大量电能安全且经济的输送给负荷集中的东部和南方将是未来输电网发展的方向。
智能输电技术中的特高压、超导、直流输电以及柔性输电技术将被广泛应用于输电网发展中(如图1)。
1.1特高压输电技术对输电网的影响
特高压输电是指比交流500kV输电距离更远、输电能力更大的输电方式。
在我国一般指1000kV及以上的交流输电技术和800kV以上的直流输电技术。
一回1100kV输电线的输电能力可达500kV输电线的4倍以上,故在变电站和线路的运行维护方面特高压所需成本比超高压少很多。
同时,在输送同样的功率下,1100kV线路功率损耗不到500kV线路的1/15。
所以,特高压输电在经济性上面具有更强的竞争力。
直流特高压输电系统具有损耗低、潮流调节灵活、自动化和智能化程度高、响应快速等优点。
我国已成功研制出有完全自主知识产权的±
800kV特高压直流工程建设技术,并已开始建设四川——上海±
800kV特高压直流输电示范工程。
1.2超导输电技术对输电网的影响
与传统电缆相比,超导电缆采用高温超导材料制作,具有更低的能量损耗、更高的输送容量、电磁污染小、体积小的特点。
超导以上的特点尤其适合美国、俄罗斯和中国这样地理广阔的国家,例如我国从内蒙到上海如果通过传统输电方式至少需要500kV的电压,如果通过超导电缆输电则可使用220V的电压输送。
因此,发展超导输电技术将是我国电力事业的伟大变革。
其另一个优点就是超导体有一种天生的电流限制能力,当电流增强到某一强度,它就会失去超导性变为普通导体一样具有电阻使电流衰减,所以超导输电能够防止电网短路所造成的故障电流。
美国已于2008年建设了世界上第一条高温超导电缆,并安装投入运行。
该系统电压为138kV,该条高温超导电缆全长610m,采用液氮冷却,可为30万家庭用户供电。
1.3动态定额技术对输电网的影响
动态定额技术是指在输电线路上安装可对导线温度、弧垂、张力以及环境温度、风速等在线检测装置。
在不违背现行技术规程规定的前提下,通过模型计算得出导线的最大载流量,用于指导运行。
由于导线运行时的温度除了与其载流量有关也与气象条件紧密相连。
我国现行技术规程规定的导线额定载流量设定在很差的气象条件,导线的最大允许温度为70℃的条件下。
但实际中,这样的恶劣气象很少发生,这就导致了线路不能有效地输送电力,浪费了大量资源。
因此,如果可以实时监测导线的状态以及气象条件,通过这些数据计算出的导线实际可允许的载流量要比技术规定的载流量高许多。
2智能电网新技术对配电网的影响
配电网是整个电力系统中与分散的用户直接相连接的部分,是电力系统对社会生活变化最为敏感的部分。
电能的买卖和使用也在集中的在配电网中体现。
随着智能电网新技术的发展,尤其是分布式能源、储能技术、以及智能电表技术的不断推广和实施,在未来电力市场的发展下配电网必将发生极大的变化,为电力用户提供更安全稳定和经济的电能。
2.1分布式能源对配电网的影响
分布式发电是指位于或邻近负荷中心的容量规模不大的小型发电系统。
其电能不是以大规模、远距离输送为目的,一般都以就地消纳的方式使用,也包括在此基础上的冷热电联供系统。
根据世界能源理事会的预测,为满足环境保护和能源需求的要求,到21世纪中叶,全球能源结构至少将由8种(即煤、油、气、风能、太阳能与生物质)组成。
其中,风能、太阳能大部分将以分布式发电的形式接入电网。
风力发电的优点有:
风能是可再生的能源,并且在很多地区风能资源丰富;
风力发电属于零排放能源,其环境效益好;
风电机组建占地面积小,不影响原有环境中居民的生活和产业的发展;
风电场施工周期短,投产速度快。
但是风力发电也存在不足之处,如:
由于风速随时变化,风电场输出功率波动较大,这会给电网运行带来不利的影响;
目前风力发电能量转换效率不高;
风电机组会产生一定的声音污染对周边生态环境有一些影响。
2.2储能技术对配电网的影响
电力生产过程中发电和负荷及损耗之间必须时刻保持平衡。
而电网中用户对电力的需求却随各种因素的变化而不断变化。
传统电力系统采用单侧调峰,通过对可控发电机的出力来维持系统发电和负荷之间的平衡。
如果电力系统不能保证负荷及发电之间的平衡的话,则会引起电能质量恶化,造成电压和频率不稳,甚至引发停电事故,影响电力系统的安全稳定运行。
要解决这一问题,一是从通过需求侧管理等技术调整用户的用电习惯,减少峰荷拉平负荷曲线;
第二是在电网中安装储能设备,在负荷低谷时储存能源,在负荷高峰电力紧缺时释放能源。
储能技术是指将电能通过某种装置转换成其他形式的能量高效地存储起来,在需要时,可以将所存储的能量方便地换成电能的一种技术。
它应包括两个主要特点,一是高效大容量的存储能量,二是快速高效的能量转换。
2.3信息技术对配电网的影响
信息技术是近期进展最快的技术之一,在电力系统中已得到了广泛的应用。
在未来,信息技术将以更快的速度发展,并逐渐扩展至用电侧,实现电力系统的全面可观测性和可控性。
在未来电网运行当中,由于分布式发电设备大量的引入地区电网,以及用户侧的用电管理技术和需求管理技术的不断进步,用户将从原本单纯的电能消费者逐渐转变成为电力系统中的可控环节,主动的参与到电力调度中,和发电、输电、配电等调度环节共同完成电力系统调度旳任务。
基于未来电网实现了这种双向调度模式,用户需要从电网侧获得相应的信息(如电价、分布式能源发电量、电网运行情况)等,同时电网公司需要加强对用电环节的监测,用户可以这些信息为基础对自身用电和分布式发电运行情况进行调整,从而达到降低电费和节约能源的目的。
高级量测体系(AdvancedMeteringInfrastructure,AMI)是指包含了用户户内网络系统、智能电表、本地通信网络、表计数据管理系统以及数据集成平台等设备的一个计量系统。
其中智能电表是AMI系统的基础。
配网调度中心需要建设一个量测数据管理系统,完成对大量智能电表上传数据的收集、整理和使用。
用户能根据电力公司制定的需求响应措施,积极参与需求侧响应或电力市场。
在先进量测体系的支持下,用户和电网之间可以实现信息的双向流动,这为实时电价,用户互动等功能打下良好的基础。
2.4微网技术对配电网的影响
随着电网中分布式能源需求量的增加,分布式发电也带来了很多弹端。
当分布式发电设备与传统的电网并联运行,其大量的电力电子设备和电感、电容的引入,将改变系统原有的网络拓扑结构,从而影响系统内潮流的分布情况,给电网的稳定性带来了跟多的不确定性。
为了能够更好的利用分布式能源发电,微网(Micro-Grid)的概念被引入电网中。
微网是指含有多个分布式发电设备以及相关负荷按照一定的拓扑结构所组成的网络,在其系统中可同时为用户提供电力和热能的供应。
微网中的分布式能源大多数基于电力电子设备,提供必要的灵活性以确保微网系统可以独立运行,也可以通过PCC开关连接至常规电网与地区配电网并联运行。
微网的灵活控制的特点可以更好地满足包含分布式能源的地区用户对可靠性和安全性的需求。
微网运行方式分为两种:
正常情况下微网与传统电网并网运行,微网可以与电网互购电能,共同为微网内部负载供电;
当电网故障或者电能质量下降时,微网可快速自动的切换到孤岛模式运行,通过切换和控制微网内的分布式能源发电的出力继续为微网内负载供电,满足关键负载的电能使用;
当检测到电网恢复时再重新切换到并网运行模式。
根据973计划《分布式发电供能系统相关基础研究》,配电网面临大量独立的微网系统的接入,需要针对如下四个研究方向进行研究[1]:
(1)微网运行特性及高渗透率下与电网相互作用机理;
(2)含微网新型配电系统的规划理论与方法;
(3)微网及含微网配电系统的保护与控制;
(4)分布式发电供能系统综合仿真与能量优化管理方法。
本论文主要研究含微网智能供电小区的运行模式及商业推广模式,以及与包含多类型微网的地区配电网如何协调运行。
2.5需求响应对配电网的影响
依据用户的不同响应方式,一般将需求响应分为基于价格的需求响应和基于激励的需求响应两类。
其中基于价格的需求响应主要包括:
分时电价、实时电价、尖峰电价等。
基于激励的需求响应包括:
可中断负荷控制、直接负荷控制、需求侧竞价、紧急需求响应等。
不同用户的用电特性不同,对价格信号和激励政策的响应灵敏度不同。
地区电网不仅需要提高对用户的负荷及用户侧分布式发电的发电能力的预测,以及分析不同类型用户对激励信号响应灵敏程度的差别,有计划地制定长期或短期的激励政策,同时应尽快实行分时电价或阶梯电价,依靠价格信号引导用户错峰用电。
地区电网公司为用户分别提供以上两种激励的信息,用户则根据对不同信息的灵敏度进行响应,从而通过对用户侧的引导和控制,实现削峰填谷提高电网的经济性和安全性。
3智能电网新技术对电力用户的影响
智能电网新技术的不断发展使电力用户具有了一些新的特点,也给电力系统的运行管理带来了一些新的挑战。
智能电网技术包括基于电力光纤入户建立了覆盖小区的通信网络,基于智能电表用电信息采集系统,电动汽车和储能电池的有序充放电,微网和分布式电源的运行控制以及需求侧响应的引入等等,将对电力负荷特性、电力用户的用电习惯产生深远的影响,赋予电力用户新的内涵。
3.1智能电表对用户的影响
智能电网通过智能电表来实现基础数据的釆集,在配电网侧大量使用,承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务,是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础。
基于智能电表构建的高级量测体系(Adva
ncedMeteringInfrastructure,AMI)、自动抄表(AutomaticMeterReading,AMR)系统能使用户得到更加详细的用电信息,并根据用电信息和阶梯电价更好地调整用电时间,以达到节省电费和节能减排的目标;
电网公司能够根据用电信息更加灵活的制定阶梯电价,而且当电网故障时也能更加快速及时的响应强化电力网络控制和管理。
3.2电动汽车和储能电池对用户的影响
随着化石能源的渐渐枯竭以及大容量电池技术的不断进步,电动汽车的大规模运营成为汽车工业发展的必然趋势。
大量电动汽车接入电网,一方面将带来巨大的充电负荷需求,电动汽车的充电具有分散性和随机性,无序充电将导致短时负荷波动,威胁电力系统的安全稳定运行;
另一方面,大量的电动汽车就如同一个移动式储能电站,在负荷低谷时充电可以增大基荷机组利用率,减少机组启停次数,提高负荷率。
随着
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