多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)技術(shù)方案及工程應(yīng)用
李瑞生，李獻(xiàn)偉，張超
（1．許繼集團(tuán)有限公司，河南?許昌 461000；2．億利資源集團(tuán)有限公司，北京 100026）
摘 要：
能源供給的聯(lián)動協(xié)調(diào)與互補(bǔ)配合可實(shí)現(xiàn)輸送和利用效率的提升，多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)能夠充分發(fā)揮電力系統(tǒng)在能源供給中的基礎(chǔ)配置作用，將各種能源供給通過電網(wǎng)協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)運(yùn)行，從而緩解能源供需矛盾，促進(jìn)新能源消納，最終達(dá)到發(fā)揮綜合效益的目標(biāo)。文章提出能源變革是持久戰(zhàn)，分析了多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)的優(yōu)勢，明確了建設(shè)原則和技術(shù)要求，提出了多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)技術(shù)方案，并在內(nèi)蒙古庫布其“多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)示范項(xiàng)目”中進(jìn)行應(yīng)用，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了以電力供應(yīng)為中心的電、熱、冷的聯(lián)合優(yōu)化供給，滿足提高分布式發(fā)電滲透率、供能經(jīng)濟(jì)靈活及可靠性等目標(biāo)。
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引言
能源的聯(lián)合供給與互補(bǔ)配合可實(shí)現(xiàn)輸送和利用效率的提升，將能源需求和開發(fā)的多樣性要求與電力系統(tǒng)作為電力開發(fā)、配置和利用的基礎(chǔ)平臺屬性有效整合，發(fā)揮電網(wǎng)在能源供給的基礎(chǔ)配置作用，將各種能源供給通過電網(wǎng)協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)運(yùn)行，取長補(bǔ)短，緩解能源供需矛盾，促進(jìn)新能源消納，發(fā)揮綜合效益。通過多能互補(bǔ)理念改造配電網(wǎng)，將其打造為集電能收集、傳輸、存儲分配、轉(zhuǎn)化和傳輸為一體的能源供求互動網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮電網(wǎng)的能源供給配置作用，實(shí)現(xiàn)了多種能源輸入（太陽能、風(fēng)能、天然氣、淺層地?zé)崮艿龋?、多種供能方式輸出（冷、熱、電等）、多種能源轉(zhuǎn)換（光伏、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)，儲能系統(tǒng)等），使配電網(wǎng)既滿足可再生能源開發(fā)利用，同時(shí)又保證電能質(zhì)量、供電可靠性以及區(qū)域冷熱的綜合供應(yīng)，對于建設(shè)清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系具有現(xiàn)實(shí)意義。
1、多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)
1.1?多能互補(bǔ)
多能互補(bǔ)是指可按照不同資源條件和用能對象采取多種能源互相補(bǔ)充構(gòu)建能源供給體系，提高輸送和利用效率，緩解能源供需矛盾，實(shí)現(xiàn)綜合利用，合理保護(hù)自然資源，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。
多能互補(bǔ)是能源可持續(xù)發(fā)展大趨勢。首先，有利于促進(jìn)新能源消納和增加可再生能源利用比重風(fēng)能、水能、太陽能等在時(shí)間和空間上具有互補(bǔ)性，可因地制宜地選擇相應(yīng)類型進(jìn)行取長補(bǔ)短，發(fā)揮各類能源優(yōu)勢，有利于能源與環(huán)境全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。其次，有利于充分發(fā)揮電力系統(tǒng)在能源供給中的配置地位，能源消費(fèi)上實(shí)施以電代煤、以電代油，推廣應(yīng)用電鍋爐、電采暖、電制冷、電炊和電動交通等，提高電能在終端能源消費(fèi)的比重，減少化石能源消耗和環(huán)境污染。再次，有利于能源供給的橫向互補(bǔ)、縱向優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級利用，提高能源效率。
目前多能互補(bǔ)的示范工程分為兩類：第一類針對電源側(cè)多能互補(bǔ)，利用大型綜合能源基地風(fēng)能、太陽能、水能、煤炭、天然氣等資源進(jìn)行互補(bǔ)組合，通過時(shí)間和空間的打捆送出，降低新能源電站出力變化率以及提高線路利用率等；第二類主要針對用戶側(cè)的多能互補(bǔ)，也是本文論述的類型，是面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求，優(yōu)化布局建設(shè)一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級利用。
1.2?主動配電網(wǎng)
配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中直接與用戶相連并向用戶分配電能的環(huán)節(jié)。主動配電網(wǎng)是相對于傳統(tǒng)配電網(wǎng)而言，傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流是單向的，由發(fā)電廠流向用戶，分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)后改變了潮流流向，由單向潮流改變?yōu)殡p向潮流；2003年國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）配電系統(tǒng)和分布式發(fā)電專業(yè)委員會（C6）工作組啟動項(xiàng)目7“有源配電網(wǎng)的開發(fā)與運(yùn)行（development and operation of active distribution networks）”，2008年CIGRE C6重點(diǎn)關(guān)注配電網(wǎng)從單純的被動配電網(wǎng)向有源配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變，并提出Active Distribution Network（ADN）技術(shù)，國內(nèi)學(xué)者將ADN翻譯為“主動配電網(wǎng)”（注：也有部分學(xué)者將其翻譯為“有源配電網(wǎng)”），傳統(tǒng)配電網(wǎng)稱為被動配電網(wǎng)（passive distribution network，PDN）。
圖1 主動配電網(wǎng)潮流變化示意圖
AND是分布式或分散式能源且具有控制和運(yùn)行能力的配電網(wǎng)，它不僅需要提高接納風(fēng)能、太陽能這類發(fā)電出力具有間歇性、隨機(jī)性和波動性的特點(diǎn)電源并網(wǎng)運(yùn)行控制，還要考慮電動汽車等多元負(fù)荷互動以及配電網(wǎng)自身的安全穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，通過對現(xiàn)有配電網(wǎng)的升級，提高自身的調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)—電源—負(fù)荷協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)主動自愈、分布式電源即插即用和多元化負(fù)荷的靈活、高效接入，提高配電網(wǎng)調(diào)控能力、運(yùn)行效率以及供電安全可靠性和電能質(zhì)量。
1.3?多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)
多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)如圖2所示，多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)以信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，以配電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將分布式發(fā)電，分布式能量和各種類型負(fù)載構(gòu)成的冷、熱、氣、水、電等能源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)起來，通過優(yōu)化組合配置，在電力系統(tǒng)內(nèi)互補(bǔ)運(yùn)行，取長補(bǔ)短，提高用能效率，更好地滿足用能要求同時(shí)保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
圖2 多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)示意圖
多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)能夠綜合利用風(fēng)能、太陽能、水能、煤炭、天然氣等資源，通過熱、電、冷等能源聯(lián)合一體化供給實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，通過能源需求側(cè)管理，推動能源就地清潔生產(chǎn)和就近消納，減少棄風(fēng)、棄光、棄水及限電等，為用戶提供高效智能的能源供應(yīng)，發(fā)揮綜合效益。
建設(shè)多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)可充分發(fā)揮發(fā)揮電網(wǎng)對能源供給的優(yōu)化作用，對于建設(shè)清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義，是“新能源電網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)”最佳實(shí)踐方式，是提高能源系統(tǒng)綜合效率的重要抓手，有利于提升配電網(wǎng)消納新能源能力，對我國智能配電網(wǎng)建設(shè)以及分布式電源發(fā)展會起到積極推動作用。
2、建設(shè)原則
建設(shè)多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)需要綜合考慮，能夠?qū)^(qū)域內(nèi)包括供能系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化整合，通過將供電網(wǎng)絡(luò)、供熱網(wǎng)絡(luò)、供氣網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行聯(lián)動，提高綠色用能，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，有利于多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)的推廣建設(shè)。
2.1?提高分布式發(fā)電的滲透率
滿足各種分布式電源可靠并網(wǎng)，同時(shí)提高分布式電源利用效率及電能質(zhì)量。通過將儲能進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，分布式儲能進(jìn)行平滑分布式電源出力及降低負(fù)荷側(cè)的大功率擾動導(dǎo)致的電壓不穩(wěn)定等問題，改善電能質(zhì)量；通過集中儲能進(jìn)行削峰填谷滿足需求側(cè)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)基于分層儲能的主動配電網(wǎng)能量優(yōu)化管理要求，提高分布式電源的利用率。
2.2?提高能源供給的靈活性及經(jīng)濟(jì)性
考慮面向多應(yīng)用場景的冷、熱、電等多能源的綜合供應(yīng)，通過對包括光、儲、電動汽車充電、水源熱泵、水蓄熱等綜合優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)不同能源備用或互換的補(bǔ)充，滿足不同季節(jié)供能形式要求，實(shí)現(xiàn)能源供給的經(jīng)濟(jì)性。
2.3?提高供能可靠性
提高重要負(fù)荷的供電可靠性要求。單個(gè)微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)離網(wǎng)運(yùn)行滿足離網(wǎng)能量平衡，提高分布式電源的利用效率并延長離網(wǎng)的供電時(shí)間。微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)（計(jì)劃和非計(jì)劃）滿足無縫切換要求，實(shí)現(xiàn)重要負(fù)荷的連續(xù)供電。微電網(wǎng)離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)滿足零沖擊并網(wǎng)要求，減少對電網(wǎng)的影響，保證重要負(fù)荷供電可靠性。
3、技術(shù)要求
多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、設(shè)備類型多、存在用能預(yù)測困難等，需要科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)才能充分發(fā)揮多能互補(bǔ)作用，且不對配電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，做到真正互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)低碳生態(tài)的能源供給及經(jīng)濟(jì)性。技術(shù)上需要重點(diǎn)考慮區(qū)域就地平衡、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)智能，要做好用能預(yù)測和供給預(yù)測，實(shí)現(xiàn)供和用的匹配，實(shí)現(xiàn)多種能源供給形式的匹配，實(shí)現(xiàn)能源供給和相互轉(zhuǎn)化的匹配；做好與用戶互動，實(shí)現(xiàn)用能和供能的智能互聯(lián)，促進(jìn)可再生能源建設(shè)利用，推動發(fā)電汽車發(fā)展，發(fā)揮供能聯(lián)動的經(jīng)濟(jì)和高效，需要重點(diǎn)開展以下技術(shù)研究：
1）綜合用能負(fù)荷模型建立：多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)綜合考慮冷、熱、電等多種能源形式需求，將區(qū)域內(nèi)能源生產(chǎn)與消費(fèi)進(jìn)行統(tǒng)一，需要設(shè)計(jì)分布式發(fā)電、用電、冷熱一體的綜合用能負(fù)荷模型，實(shí)現(xiàn)用能有機(jī)互補(bǔ)。
2）多能互補(bǔ)供能網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)：在傳統(tǒng)配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，增加光伏、風(fēng)電、儲電等分布式電源，以及可控的冷熱源、電力和冷熱負(fù)荷、交直流充電樁，設(shè)計(jì)最優(yōu)的電力和熱力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿足最優(yōu)的電源、熱源和負(fù)荷接入。
3）基于區(qū)域能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境最優(yōu)的多能協(xié)同控制策略：針對不同場景的多電源、多熱源、以及電力和熱力需求側(cè)響應(yīng)要求，研究多能協(xié)同控制策略，發(fā)揮主動配電網(wǎng)的用能配置作用。
4）集中式和分布式儲能的優(yōu)化配置方法和控制策略；根據(jù)不同的用能特性，通過集中式和分布式儲能對分布式發(fā)電和負(fù)荷波動進(jìn)行互補(bǔ)調(diào)節(jié)，降低用能的波動，滿足主動配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行要求。
4、示范工程
多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)示范基地是國家能源技術(shù)研究及工程示范項(xiàng)目，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯杭錦旗獨(dú)貴鎮(zhèn)庫布其沙漠公園內(nèi)，目標(biāo)是針對公園內(nèi)的七星湖國際酒店、庫布其沙漠論壇會議中心兩種建筑供能要求，以電力供應(yīng)為中心并綜合考慮冷、熱能供給，通過建設(shè)3個(gè)不同目標(biāo)的380?V微電網(wǎng)和升級改造個(gè)園區(qū)10?kV供電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，驗(yàn)證多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和優(yōu)化控制方法，滿足高滲透率分布式發(fā)電的接入、能源供給形式的靈活經(jīng)濟(jì)以及供能可靠性，提高區(qū)域內(nèi)多種能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)及經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。
4.1?工程方案
本項(xiàng)目包含光伏發(fā)電、燃油發(fā)電、集中式和分布式儲電等，熱源包含余熱回收裝置、電制冷、熱泵機(jī)組等，可控負(fù)荷包括涵蓋電動汽車等各種類型交直流充電樁、電力和熱力需求側(cè)響應(yīng)系統(tǒng)等，其中光伏400?kWp，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電1600 kW，集中式儲電和分布式儲電容量共計(jì)600?kWh；冷熱源包括地源熱泵、熱水鍋爐、余熱回收裝置、水蓄熱等6500?kW，交直流充電樁15臺，滿足超過5萬m建筑冷、熱、電及電動汽車用能需求。
億利多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意如圖3所示，由911和912兩條外部供電線路，供電范圍設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了1號、2號、3號微電網(wǎng)，分別實(shí)踐交直流混合供電、接納高滲透率的分布式發(fā)電、保證重要負(fù)荷的無縫供電等功能；集中儲能接入10?kV配電網(wǎng)，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)作為柔性負(fù)荷降低配電網(wǎng)功率波動、削峰填谷、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度等，離網(wǎng)時(shí)作為3號微電網(wǎng)的備用電源延長離網(wǎng)供電時(shí)間。另外，根據(jù)酒店、會議中心和電動汽車的用電特性，綜合考慮冷、熱及電需求供應(yīng)，設(shè)計(jì)燃油發(fā)電、光伏發(fā)電及水蓄熱等互補(bǔ)調(diào)峰策略，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多種能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)及經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行等目標(biāo)。
圖3 億利多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
億利多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)系統(tǒng)功能如圖4所示，通過對光、柴、儲、負(fù)荷等各個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)一的監(jiān)視、控制、管理與調(diào)度等，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)最大限度消納分布式電源、提高供能經(jīng)濟(jì)性及電能質(zhì)量要求，離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)保證負(fù)荷供電及穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)能夠監(jiān)控?zé)岜脵C(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)組負(fù)荷、供回水溫度、流量、水源側(cè)進(jìn)出溫度、機(jī)組耗電量等，實(shí)現(xiàn)供能優(yōu)化。
圖4 億利多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)系統(tǒng)功能圖
1）1號微電網(wǎng)。
1號微電網(wǎng)包括柴油發(fā)電機(jī)組、光伏發(fā)電、儲能、充電樁及負(fù)荷，柴油發(fā)電機(jī)組接入1號微電網(wǎng)，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)柴油發(fā)電機(jī)主要作為用電高峰時(shí)的電源補(bǔ)充，當(dāng)外部供電系統(tǒng)斷電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)對1號、2號及3號供電，柴油發(fā)電機(jī)組加裝余熱回收系統(tǒng)。
1號微電網(wǎng)接線如圖5所示，1號微電網(wǎng)采用交、直流混合供電方式，接入配電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)（point of common coupling，PCC）為PCC1，交流電壓400?V，直流電壓750?V，光伏發(fā)電（55?kW）、儲能（50?kW，30?kWh）、直流充電樁（30?kW）經(jīng)過DC/DC變換器接入直流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)通過交直流混合微電網(wǎng)潮流控制器（hybrid microgrid flow conditioner，HMFC）與交流微電網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)的混聯(lián)，另外4臺7?kW交流充電樁接入1號微電網(wǎng)。
圖5 1號微電網(wǎng)接線示意圖
2）2號微電網(wǎng)。
2號微電網(wǎng)包括光伏發(fā)電、儲能、充電樁及負(fù)荷，重點(diǎn)驗(yàn)證高滲透率分布式光伏接入的穩(wěn)定控制。2號微電網(wǎng)接線如圖6所示，2號微電網(wǎng)通過PCC2并網(wǎng)，光伏發(fā)電250?kW，儲能60?kWh，儲能變流器100?kW，2臺30?kW直流充電樁，8臺7?kW交流充電樁。
圖6 2號微電網(wǎng)接線示意圖
3）3號微電網(wǎng)。
3號微電網(wǎng)包括光伏發(fā)電、儲能、重要負(fù)荷和可控符合，重點(diǎn)驗(yàn)證重要負(fù)荷的無縫供電。3號微電網(wǎng)接線如圖7所示，3號微電網(wǎng)通過PCC3點(diǎn)并網(wǎng)，光伏發(fā)電145?kW、儲能60?kWh，儲能變流器100?kW，滿足重要負(fù)荷無縫供電。
圖7 3號微電網(wǎng)接線示意圖
4）集中儲能系統(tǒng)。
集中儲能系統(tǒng)500?kWh，輸出電壓為400?V交流電，經(jīng)過變壓器升壓接入10?kV環(huán)網(wǎng)柜，同時(shí)與3號微網(wǎng)連接，10?kV與400?V接入要求互鎖，并網(wǎng)運(yùn)行滿足主動配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化調(diào)度要求，離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)接入3號微電網(wǎng)，提供供電支撐。
圖8 3號微電網(wǎng)接線示意圖
4.2?關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用
1）模塊化并聯(lián)技術(shù)。
分布式光伏、風(fēng)機(jī)、儲能以及充電機(jī)等都通過電力電子變換器接入配電網(wǎng)，從維護(hù)方便角度將變換器統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)化的三電平DC/DC及DC/AC功率模塊構(gòu)成不同容量的轉(zhuǎn)換裝置，根據(jù)應(yīng)用場景不同，植入了對應(yīng)的控制軟件，功率模塊通過自主并聯(lián)實(shí)現(xiàn)不同接入需求，減少裝置類型方便維護(hù)。
2）注入式主動孤島檢測技術(shù)。
通過外置小功率的低頻電源模塊，把相當(dāng)于零序分量的20?Hz分量注入380?V系統(tǒng)，根據(jù)孤島發(fā)生前后20?Hz分量的變化特征識別孤島，實(shí)現(xiàn)不依賴逆變器、不依賴通信的主動式孤島運(yùn)行狀態(tài)感知，解決現(xiàn)有方法存在檢測盲區(qū)、速度慢、易引起電能質(zhì)量問題等問題，滿足分布式電源與配電網(wǎng)的電氣互聯(lián)安全。
3）虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)。
電力電子類型的分布式電源采用數(shù)字電路控制，暫態(tài)響應(yīng)速度快，不能參與電網(wǎng)的調(diào)頻及調(diào)壓；虛擬同步機(jī)技術(shù)使得電力電子類分布式電源可根據(jù)系統(tǒng)頻率擾動大小，自適應(yīng)調(diào)整慣性，以防止轉(zhuǎn)動慣量過大或過小造成的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)過慢或過快，阻尼過大或過小造成的暫態(tài)過程過長或過短，提高新能源發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)穩(wěn)定域，實(shí)現(xiàn)變流器“電網(wǎng)友好型”特征和組網(wǎng)特性。
4）P/U控制技術(shù)。
P/U控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)分布式電源根據(jù)接入點(diǎn)電壓情況自動進(jìn)行出力調(diào)節(jié)，解決由于有功過多引起電壓升高、使分布式發(fā)電退出運(yùn)行、不能有效發(fā)電的問題，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量滲透率最大。
5）無通信微電網(wǎng)自主運(yùn)行控制技術(shù)。
通過微電網(wǎng)的基波頻率調(diào)制進(jìn)行信息傳遞，不依賴通信、不增加控制設(shè)備，取消微電網(wǎng)集中控制單元，實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)與分布式發(fā)電實(shí)現(xiàn)自主并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行，構(gòu)建一種簡單物理結(jié)構(gòu)的高可靠、低成本微電網(wǎng)，滿足微電網(wǎng)即插即用商業(yè)應(yīng)用。
6）預(yù)同步并網(wǎng)技術(shù)。
微電網(wǎng)離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)時(shí)無法保證兩側(cè)電壓幅值和相位完全一致，合閘時(shí)可能引起較大沖擊電流導(dǎo)致并網(wǎng)失敗和設(shè)備損壞，預(yù)同步并網(wǎng)技術(shù)通過幅值和相位逐步逼近保證微電網(wǎng)電壓幅值、相位與配電網(wǎng)電壓的幅值、相位一致，實(shí)現(xiàn)“零沖擊”并網(wǎng)。
4.3?微電網(wǎng)運(yùn)行
4.3.1 并網(wǎng)運(yùn)行
并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，綜合優(yōu)化分布式光伏、分布式儲能、集中式儲能及電動汽車，提高分布式電源的利用率，驗(yàn)證3個(gè)不同類型微電網(wǎng)的平滑功率控制、聯(lián)合優(yōu)化控制以及需求側(cè)響應(yīng)等能量管理策略；通過集中儲能降低配電網(wǎng)功率波動并進(jìn)行削峰填谷控制，并根據(jù)酒店、會議中心和電動汽車的用電特性，綜合考慮冷、熱及電需求供應(yīng)，設(shè)計(jì)燃油發(fā)電、光伏發(fā)電及水蓄熱等等互補(bǔ)調(diào)峰策略，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多種能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)及經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。當(dāng)911/912某一供電線路停電時(shí)導(dǎo)致單個(gè)微電網(wǎng)上級電網(wǎng)失電時(shí)通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移恢復(fù)微電網(wǎng)供電。
1）PCC1上級電網(wǎng)故障與恢復(fù)。
PCC1上級電網(wǎng)故障，斷開PCC1開關(guān)，1號微電網(wǎng)供電中斷，1號微電網(wǎng)光伏和儲能脫網(wǎng)，合上1號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，1號微電網(wǎng)通過2號微電網(wǎng)恢復(fù)供電，1號微電網(wǎng)光伏、儲能恢復(fù)并網(wǎng)。PCC1上級電網(wǎng)恢復(fù)供電，斷開1號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，1號微電網(wǎng)供電中斷，1號微電網(wǎng)光伏和儲能脫網(wǎng)，合上PCC1開關(guān)1號微電網(wǎng)恢復(fù)供電，1號微電網(wǎng)光伏、儲能恢復(fù)并網(wǎng)。
2）PCC2上級電網(wǎng)故障與恢復(fù)。
PCC2上級電網(wǎng)故障，斷開PCC2開關(guān)，2號微電網(wǎng)供電中斷，2號微電網(wǎng)光伏和儲能脫網(wǎng)，合上1號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，2號微電網(wǎng)通過1號微電網(wǎng)恢復(fù)供電，2號微電網(wǎng)光伏、儲能恢復(fù)并網(wǎng)。
PCC2上級電網(wǎng)恢復(fù)供電，斷開1號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，2號微電網(wǎng)供電中斷，2號微電網(wǎng)光伏和儲能脫網(wǎng)，合上PCC2開關(guān)2號微電網(wǎng)恢復(fù)供電，2號微電網(wǎng)光伏、儲能恢復(fù)并網(wǎng)。
3）PCC3上級電網(wǎng)故障與恢復(fù)。
PCC3上級電網(wǎng)故障，斷開PCC3開關(guān)同時(shí)切掉3號微電網(wǎng)非重要負(fù)荷，3號微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)具備虛擬同步發(fā)電機(jī)功能實(shí)現(xiàn)無縫切換至離網(wǎng)運(yùn)行模式，保證重要負(fù)荷的不間斷供電，集中儲能系統(tǒng)的閉鎖開關(guān)接入3號微電網(wǎng)母線提供功率支撐，3號微電網(wǎng)通過與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行“零沖擊”并網(wǎng)恢復(fù)，3號微電網(wǎng)通過2號微電網(wǎng)恢復(fù)并網(wǎng)供電。
PCC3上級電網(wǎng)恢復(fù)供電，斷開3號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)同時(shí)切掉3號微電網(wǎng)非重要負(fù)荷，3號微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)具備虛擬同步發(fā)電機(jī)功能進(jìn)行無縫切換至離網(wǎng)運(yùn)行模式保證重要負(fù)荷的供電，3號微電網(wǎng)通過PCC3進(jìn)行“零沖擊”并網(wǎng)恢復(fù)供電，集中儲能系統(tǒng)的閉鎖開關(guān)接入10?kV母線。
4.3.2 離網(wǎng)運(yùn)行
億利多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行接線示意如圖9所示。當(dāng)911與912兩條供電線路全部停電時(shí)，3個(gè)PCC點(diǎn)全部斷開，進(jìn)行離網(wǎng)運(yùn)行模式，柴油發(fā)電機(jī)組作為主電源，1號微電網(wǎng)、2號微電網(wǎng)及3號微電網(wǎng)并列運(yùn)行，通過優(yōu)化光伏發(fā)電、分部式儲能和集中式儲能的功率輸出，滿足離網(wǎng)時(shí)負(fù)荷供電需求。
圖9 億利多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行接線示意圖
4.3.3?并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換
1）計(jì)劃并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)。
計(jì)劃性并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)流程如下：啟動柴油機(jī)進(jìn)行同期并網(wǎng)接入1號微電網(wǎng)母線；斷開PCC1開關(guān)，1號微電網(wǎng)由柴油發(fā)電機(jī)組作為主電源進(jìn)行離網(wǎng)供電；1號微電網(wǎng)通過與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行同期并網(wǎng)；斷開PCC2開關(guān)，1號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)并聯(lián)并由柴油發(fā)電機(jī)組作為主電源進(jìn)行離網(wǎng)供電；合上集中儲能系統(tǒng)互鎖開關(guān)，將集中儲能系統(tǒng)接入3號微電網(wǎng)；斷開PCC3，3號微電網(wǎng)無縫切換至離網(wǎng)運(yùn)行模式；3號微電網(wǎng)通過與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行“零沖擊”并網(wǎng)恢復(fù)；1號、2號及3號微電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，進(jìn)行離網(wǎng)運(yùn)行模式。
2）非計(jì)劃并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)。
當(dāng)911與912線全部停電時(shí)，進(jìn)行非計(jì)劃性的并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)，為了保證3號微電網(wǎng)（國際會議中心）重要負(fù)荷的不間斷供電，首先斷開PCC3開關(guān)同時(shí)切掉3號微電網(wǎng)非重要負(fù)荷，3號微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)具備虛擬同步發(fā)電機(jī)功能實(shí)現(xiàn)無縫切換至離網(wǎng)運(yùn)行模式，集中儲能系統(tǒng)的閉鎖開關(guān)接入3號微電網(wǎng)母線提供功率支撐（3號微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)離網(wǎng)供電時(shí)間要支撐柴油發(fā)電機(jī)組啟動并網(wǎng)及3號微電網(wǎng)與1號、2號微電網(wǎng)的并聯(lián)）。
1號微電網(wǎng)、2號微電網(wǎng)供電中斷，斷開PCC1和PCC2開關(guān)；啟動柴油發(fā)電機(jī)組并入1號微電網(wǎng)母線，1號微電網(wǎng)恢復(fù)供電，1號微電網(wǎng)光伏、儲能恢復(fù)并網(wǎng)；合上1號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，2號微電網(wǎng)恢復(fù)供電，2號微電網(wǎng)光伏、儲能恢復(fù)并網(wǎng)；3號微電網(wǎng)通過與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行“零沖擊”并網(wǎng)恢復(fù)，3號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)、1號微電網(wǎng)并聯(lián)供電，進(jìn)入離網(wǎng)運(yùn)行模式。
4.3.4 離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)切換
離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，3個(gè)PCC點(diǎn)全部斷開，柴油發(fā)電機(jī)組作為主電源，1號微電網(wǎng)、2號微電網(wǎng)及3號微電網(wǎng)并列運(yùn)行，通過優(yōu)化光伏發(fā)電、分部式儲能和集中式儲能的功率輸出，滿足離網(wǎng)時(shí)負(fù)荷供電需求。能量管理系統(tǒng)下達(dá)并網(wǎng)指令，進(jìn)行計(jì)劃性離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)，流程如下：首先，保證3號微電網(wǎng)（國際會議中心）重要負(fù)荷的不間斷供電，斷開3號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的同時(shí)切掉3號微電網(wǎng)非重要負(fù)荷，3號微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)具備虛擬同步發(fā)電機(jī)功能實(shí)現(xiàn)無縫切換至離網(wǎng)運(yùn)行模式；3號微電網(wǎng)通過PCC3進(jìn)行“零沖擊”并網(wǎng)恢復(fù)，集中儲能系統(tǒng)的閉鎖開關(guān)接入10?kV母線；并聯(lián)運(yùn)行的1號微電網(wǎng)和2號微電網(wǎng)通過PCC1進(jìn)行同期并網(wǎng)；斷開1號微電網(wǎng)與2號微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，2號微電網(wǎng)供電中斷，2號微電網(wǎng)光伏和儲能脫網(wǎng)；合上PCC2開關(guān)，2號微電網(wǎng)恢復(fù)供電，2號微電網(wǎng)光伏和儲能恢進(jìn)行并網(wǎng)，進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行模式。
4.4?多能互補(bǔ)能量管理
本項(xiàng)目應(yīng)用的多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)由許繼集團(tuán)有限公司研制開發(fā)，采用就地控制、區(qū)間協(xié)同、全局優(yōu)化，通過采集、控制以電為主的多種能源的信息流，對整個(gè)全局能量管理及運(yùn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了供給側(cè)常規(guī)能源和可再生能源管理的有序、互補(bǔ)、梯次和優(yōu)化利用，滿足電能調(diào)度和熱能調(diào)度，從發(fā)電端和消費(fèi)端實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)。億利多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)能量管理如圖10所示。通過供電和供熱進(jìn)行互補(bǔ)協(xié)調(diào)，提高可再生能源發(fā)電的利用率和能源供給的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
圖10 億利多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)能量管理
供電方面：在滿足客戶用電安全和質(zhì)量的前提下，以大電網(wǎng)為供電為保障，利用用電調(diào)度和儲能等手段，盡量提高分布式發(fā)電的利用率。當(dāng)分布式發(fā)電功率與微網(wǎng)的電負(fù)荷高于設(shè)定比例時(shí)，能量調(diào)度系統(tǒng)通過調(diào)度，首先將多余電量儲存到儲能和電動汽車電池中，當(dāng)電池儲滿后，通過提高熱泵運(yùn)行負(fù)荷，將多余電能以熱（冷）量的方式儲存到建筑熱（冷）負(fù)荷中，當(dāng)建筑熱（冷）負(fù)荷達(dá)到設(shè)定值后，分布式發(fā)電功率仍大于配電網(wǎng)電負(fù)荷時(shí)，限制分布式發(fā)電功率輸出。整個(gè)過程中，分布式發(fā)電功率低于用電負(fù)荷時(shí)，儲能調(diào)度停止。
供熱方面：供熱主要由余熱、太陽能、電能、燃油等四種能源提供，通過各種熱源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，優(yōu)先利用余熱和太陽能，其次利用水源熱泵，最后利用燃油鍋爐，余熱是一種免費(fèi)能源，但只有在柴油機(jī)啟動時(shí)產(chǎn)生，太陽能是可再生能源，但只有天氣晴朗的白天產(chǎn)生，兩者都是間歇性和不穩(wěn)定能源，均無法單獨(dú)作為冷熱負(fù)荷的主力熱源；水源熱泵通過消耗少量電能可以為建筑提供大量的熱能，作為供熱系統(tǒng)的主要熱源，保證建筑供熱的基本需求；鍋爐通過燃燒柴油來產(chǎn)生熱能，作為調(diào)峰和應(yīng)急熱源，當(dāng)其他熱源故障或功率不足時(shí)啟用。
5、結(jié)語
多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)充分發(fā)揮電網(wǎng)的能源供給的基礎(chǔ)配置作用，實(shí)現(xiàn)了多種能源輸入（太陽能、天然氣、淺層地?zé)崮艿龋?、多種供能方式的輸出（冷、熱、電等）、多種能源轉(zhuǎn)換單元（光伏、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)，儲能系統(tǒng)等），將配電網(wǎng)由原來單一電能分配的角色轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔苁占㈦娔軅鬏?、電能存儲分配、冷熱的轉(zhuǎn)化和傳輸為一體的新型多能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即可充分利用可再生能源，同時(shí)又保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量、運(yùn)行穩(wěn)定性、供電可靠性以及區(qū)域冷熱的綜合供應(yīng)，技術(shù)驗(yàn)證，具有示范推廣價(jià)值。
?作者簡介
李瑞生，男，碩士，教授級高級工程師，研究方向?yàn)槔^電保護(hù)、分布式發(fā)電接入及微電網(wǎng)運(yùn)行控制。
李獻(xiàn)偉，男，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)與控制、分布式電源接入及微電網(wǎng)穩(wěn)定控制運(yùn)行等。
引文信息
李瑞生，李獻(xiàn)偉，張超．多能互補(bǔ)主動配電網(wǎng)技術(shù)方案及工程應(yīng)用［J］．供用電，2018，35（7）：34-42.
LI Ruisheng，LI Xianwei，ZHANG Chao，et al．Technical scheme and engineering application of multi-energy complementary active distribution network［J］．Distribution & Utilization，2018，35（7）：34-42.
