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摘要：在能源结构转型升级下,未来配电网将满足分布式可再生电源及储能装置的大规模接入,适应电动汽车等新型负荷的即插即用,同时满足用户对电能质量和信息互动的高级需求。如何解决新形势下的挑战和任务,在现有电网基础上实现向未来配电网的经济、高效过渡,是当前国际学术界和产业界的关注焦点。
关键词：能源结构转型；配电网；发展
1能源协同优化配电网策略的重要性
能源协同优化策略在满足人民对于系统多元化使用能源的同时,还能有效的提高能源的利用率,使得不可再生能源得以节约,可以延长其使用时间;另一方面,促进可再生资源的开发利用,使得可再生资源的发展趋于规模化,使得各种资源的使用配置,既能够满足各种工业化、生活化的需求,也能对目前的能源消费结构起到一定的优化作用。这些对于改善目前不断恶化的自然生态环境,以及园区的配电网的合理规划都具有重大的意义。
2电网发展转型
2.1电力系统转型和功能定位
在新的能源结构转型升级中,电网的功能定位和形态发生重大变化。电力系统的转型主要是为了实现“安全可靠”、“经济可承受”目标,从而满足新的社会发展阶段中多元化的诉求,其中包括:1)如何确保含高比例清洁能源的电力系统运行可靠;2)如何优化转型路径,实现尽可能低的清洁电力供应成本;3)如何满足互联网时代各利益相关方的多元化诉求;4)如何推动实现转型发展所需要的技术进步与创新。
为适应和满足新形势下的多元化诉求,电网不仅要具有强大的电力输配送能力,更要有灵活互动的服务能力和强大的事故/灾害抵御能力,要求更坚强、更可靠、更智能。
2.2配电网发展新形态
作为电力系统中与广大用户密切相连的配电网,除了因为能源结构转型带来的低碳、绿色能源的逐步渗透,还面临着动态的负荷/储能设备——电动汽车和储能技术的快速发展,电力电子设备的不断广泛应用及用户对电能质量要求的不断提高,以及智能电网概念的深化、云大物移智技术的不断发展等机遇和挑战,传统配电网的结构功能将发生巨大变化。
配电网发展方向将是智能的主动配电系统,进而逐步实现能源互联网。其特征集中在:高渗透率的可再生能源,多维非线性的随机系统,海量多源的离散大数据,动态多时空差异的源与负荷,绿色环保的社会义务,以及不断提高的服务质量要求。
结构决定功能,未来配电系统需要灵活的网络拓扑结构,挑战巨大,创新机遇巨大。多能源优化规划和智慧城市建设将首当其冲,引领未来配电系统的发展。结合我国配电网的发展现状、未来能源转型的需求及新技术的发展趋势,现阶段我国配电网的发展目标是建成安全可靠、经济高效、灵活先进、绿色低碳、环境友好的智能配电网。
1)安全可靠:供电能力充足,网架结构合理,设备标准化配置,具备故障自动检测、隔离和网络重构的自愈恢复能力,能够抵御各类故障,供电可靠性和电能质量达到国际一流。
2)经济高效:建设方案精益,设备序列精简、通用互换性强,供电距离合理;网络潮流分布均匀,负载率均衡,资产利用率高,电能损耗低;需求侧管理作用充分发挥,有效调节负荷,实现节能增效、削峰填谷,显著提升能效水平。
3)灵活先进:电网可观、可测、可控,满足新能源、分布式电源和多元化负荷灵活接入、实时监测和柔性控制;综合应用先进技术,构建以电网为核心的能源互联网平台,推动电力流、业务流、信息流深度融合,实现与用户友好互动。
4)绿色低碳:新能源、分布式电源高效消纳,以电代煤、以电代油(气),电能占终端能源消费比重不断提高,能源替代战略有效实施,实现清洁替代和电能替代,促进能源生产和消费革命。
5)环境友好:用户资源和公共资源有效统筹,设备设施节能环保,与周边景观协调一致,实现资源节约和环境友好。
3配电网发展趋势
3.1配电网技术发展趋势
3.1.1主动配电网规划技术方面
通过研究考虑多能源互补和需求响应的、基于GIS的空间负荷预测技术和智能配电网自愈供电模式优化和电器可靠性评价方法,提出基于资产管理和可靠性要求的变电站优化规划和网架优化规划方法,建成基于GIS和多目标模型的智能配电网规划平台。
3.1.2智能配电网自愈控制技术方面
突破自愈控制、态势感知、分布式电源/微网/柔性负荷集群控制、电压无功优化技术等关键技术,建成智能配电网自愈控制系统,实现配电网自愈控制。
3.1.3储能技术方面
研究负荷平衡技术,动态地对负荷进行补偿,负荷跟踪,实现削峰填谷和系统备用等辅助服务;延缓投资；通过运用抑制电涌,补偿电压跌落;抑制频率偏移,对三相不平衡进行补偿;后备电源等技术手段,提高供电可靠性和电能质量；平缓分布式风电、光伏等的输出波动,促进分布式电源友好接入。
3.1.7能源互联网技术
能源互联网是通过先进的电力电子技术、信息技术和智能能量管理技术,将大量由分布式能量采集装置和分布式能量储存装置构成的新型电力网络节点互联起来,实现能量和信息双向流动的能量对等交换与共享网络,随着能源互联网技术的发展,将更好地发挥电网作为能源配置平台的作用。
3.2技术装备发展趋势
3.2.1配电设备智能化及柔性配电技术方面
各类中压/低压元件(自动负荷开关/断路器、新型PT/CT)、变压器(固态变压器)、遥控及保护系统和设备(RTU/IED),远程接口与智能电网遵循IEC61850、IEC60870-5-194统一规范。充分考虑功能、可靠性、性能和经济效益等影响。突破数字化处理、自我检测诊断、自适应控制、信息交互通讯技术、配电系统电能质量相关技术,研发固态电力电子设备,应用柔性潮流控制技术,实现配电网潮流可控,优化新能源并网问题,实现绿色发展。
新型开关、故障指示器、互感器等等。包含短路电流限制器(SSCL)、固态断路器(SSCB)、固态电源切换开关(SSTS)、软常开开关设备(SoftNormallyOpenPoint,SNOP)等新型设备。如软开关技术(SoftOpenPoint,SOP),通过可控的背靠背直流电力电子变换器代替传统基于断路器的馈线联络开关,实现网络间的“软连接”。
3.2.2SF6替代品
从环保角度而言,SF6替代品的研究一直是国际大型企业研究的重点。近年来通用电气和3M公司研发的g3(电网绿色气体)气体混合物替代品,具有与SF6相媲美的绝缘性能。ABB公司研发的AirPlusTM气体,成功在荷兰电网4台20kV环网柜上投运3年,介电性能更高。由施耐德研发的HFO1234zeE气体,成功实现GIS设备电流开断能力。
结论
随着社会的不断发展和社会用电需求加大,我国也不断加强电力系统建设。分布式能源成为传统电网中不可或缺的一部分。目前,我国对分布式电力系统的应用还不是很成熟,因此在应用分布式电力系统时,人们必须充分认识到其给传统电网带来的冲击,在此基础上充分发挥分布式电源的积极效应。分布式发电将会显著改善传统电网配电模式,大大降低电能损耗和环境污染,提高电能利用率。
参考文献：
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