近日，廣東電網(wǎng)公司牽頭承擔(dān)的國家863計劃課題“主動配電網(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)驗收，驗收專家肯定，課題完成了任務(wù)書規(guī)定的各項研究工作和技術(shù)指標，達到了主要指標考核要求，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，建成國內(nèi)首個主動配電網(wǎng)示范工程，儲能接入容量達1.1MWh，實現(xiàn)了光伏消納率100%。

“除了示范工程的成功，更重要的是我們在為配電網(wǎng)的遠景規(guī)劃、提高配電網(wǎng)對新能源發(fā)電的接納能力、以及提高配電網(wǎng)對新能源發(fā)電接入后的管理能力等方面做出了重要的探索與實踐，”項目主要負責(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，該項目為我國大力促進分布式光伏發(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、遠距離輸電的形式為其提供電能。然后隨著全球經(jīng)濟發(fā)展對能源需求的不斷增長，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影響電網(wǎng)的局部運行，而大規(guī)模，即高滲透率分布式能源的接入?yún)s會影響電力系統(tǒng)的全局運行，就像你往一杯水中加一點點糖，并不會改變它的無味狀態(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)就會形成“分布式能源-電網(wǎng)-負荷”的三元新格局。

在傳統(tǒng)的雙元結(jié)構(gòu)中，我們可以對電網(wǎng)整體調(diào)度來適應(yīng)負荷的變化，或是通過對負荷的一些控制、需求側(cè)的管理等方式來實現(xiàn)電力平衡，運行和管理方式相對簡單。而接入了分布式能源，就會打破原有的平衡，傳統(tǒng)的調(diào)度、監(jiān)控、運行模式就會顯得被動。

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)，它會改變原來電網(wǎng)到負荷的單向電力潮流，形成電網(wǎng)到負荷、分布式能源到負荷、分布式能源到電網(wǎng)等多種潮流的混合。“自己不發(fā)電時它就是個負荷，如果發(fā)電就會直接影響電壓水平，今年5月初，廣深地區(qū)有個光伏項目，低壓側(cè)電壓突然升到了250伏，正常是一般都不會高于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，自己沒有用電負荷，只有光伏在不停對外送電。”

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性，這給合理安排配電網(wǎng)運行方式、確定運行結(jié)構(gòu)帶來了很多困難。比如3月份德國的日全食，由于德國分布式發(fā)電比重最高已達50%，德國的電力公司一年多前就開始準備應(yīng)對了。”余南華告訴記者，主動配電網(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)對負荷和分布式能源本身存在的不確定性產(chǎn)生的被動局面。

主動的邏輯

“這是一個前沿性的項目，存在很多未知，我們在項目申請批復(fù)后的第二年才真正找準了方向。”余南華坦誠，在研究方向不明朗的第一年，整個團隊只能按照項目要求的指標一項項機械地完成著。

經(jīng)過一年的摸索，項目組找到了主動配網(wǎng)的核心理念，即主動規(guī)劃、主動控制、主動管理、主動服務(wù)等四個方面，“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行功率平衡，對不確定性進行管控，我們在規(guī)劃設(shè)計階段就要充分考慮二次系統(tǒng)的部署配置，進行一次電網(wǎng)架構(gòu)和二次自動化系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃;比如我們必須通過預(yù)測，對能量流的不確定性進行提前評估，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，項目針對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，提出了建立多級分層消納的新技術(shù)模式，以提升配電網(wǎng)對分布式發(fā)電的有序管理能力，并從全網(wǎng)潮流最優(yōu)運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、計量、通訊的二次設(shè)備，聯(lián)絡(luò)開關(guān)、儲能之類的可控資源等。

所謂多級，是指點消納、線消納和面消納三個不同的層級。“點消納顧名思義，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)就是實現(xiàn)點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)的線路上進行靈活的轉(zhuǎn)移利用，不直接倒送至變電站造成線損浪費，而是進行‘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，由變電站層面進行統(tǒng)一能量優(yōu)化管理。”余南華介紹，現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)可以做到點和線層面的消納，面消納需要結(jié)合輸變電技術(shù)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的進一步升級，而就我國目前分布式能源的規(guī)模，點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)電較長一段時期的消納需求。

為了未來的努力

與發(fā)達國家相比，我國的分布式能源起步較晚，2014年底，國內(nèi)已建和在建的分布式能源項目裝機總?cè)萘考s540萬千瓦。根據(jù)國務(wù)院印發(fā)的《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2015年，我國將建成1000個天然氣分布式能源項目、10個天然氣分布能源示范區(qū);分布式太陽能發(fā)電達到1000萬千瓦，建成100個以分布式可再生能源應(yīng)用為主的新能源示范城市。“未來國內(nèi)的分布式能源市場前景可期，電力企業(yè)必須提前做好準備，”余南華說“無論從社會效益還是用戶和企業(yè)利益來看，主動配電網(wǎng)都是不錯的選擇。”

對于用戶而言，靈活的接入主動配電網(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，就能減少停電時間、縮小停電面積。”對于消費者來說，可以主動參與需求響應(yīng)和電網(wǎng)運行，提高用電自主性，節(jié)約電費支出，“比如，電網(wǎng)負荷高時，客戶可以將自家的分布式能源發(fā)的電賣出，而在電網(wǎng)負荷較低時，就用大電網(wǎng)的電。”而主動配電網(wǎng)帶來的高效運行、多電源協(xié)同、移峰填谷、電力定制服務(wù)等對于電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行和電網(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)改造成主動配電網(wǎng)，但目前來講，配電企業(yè)還缺乏維護的經(jīng)驗，也沒有承擔(dān)風(fēng)險的驅(qū)動力，現(xiàn)有的通訊基礎(chǔ)設(shè)施也還不足以承擔(dān)主動控制和主動管理的功能。

“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)對公司能起到的作用相對有限，但是必須建立這樣的意識和技術(shù)概念，進行前期探索和研究，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)濟性，充分利用資源。另一個方面來看，國家各層面都在大力推進分布式能源的發(fā)展，分布式光伏、電動汽車充電設(shè)施的爆炸性發(fā)展成為當(dāng)下可見的預(yù)期，這必將促進主動配電網(wǎng)技術(shù)需求的早日到來，也意味著主動配電網(wǎng)將成為并不遙遠的現(xiàn)實。