多能互補主動配電網(wǎng)技術(shù)方案及工程應(yīng)用
李瑞生，李獻偉，張超
（1．許繼集團有限公司，河南?許昌 461000；2．億利資源集團有限公司，北京 100026）
摘 要：
能源供給的聯(lián)動協(xié)調(diào)與互補配合可實現(xiàn)輸送和利用效率的提升，多能互補主動配電網(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)實現(xiàn)互補運行，從而緩解能源供需矛盾，促進新能源消納，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，提出了多能互補主動配電網(wǎng)技術(shù)方案，并在內(nèi)蒙古庫布其“多能互補主動配電網(wǎng)示范項目”中進行應(yīng)用，該項目實現(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)合供給與互補配合可實現(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)實現(xiàn)互補運行，取長補短，緩解能源供需矛盾，促進新能源消納，發(fā)揮綜合效益。通過多能互補理念改造配電網(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、內(nèi)燃機，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)實意義。
1、多能互補主動配電網(wǎng)
1.1?多能互補
多能互補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，實現(xiàn)綜合利用，合理保護自然資源，促進生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。
多能互補是能源可持續(xù)發(fā)展大趨勢。首先，有利于促進新能源消納和增加可再生能源利用比重風(fēng)能、水能、太陽能等在時間和空間上具有互補性，可因地制宜地選擇相應(yīng)類型進行取長補短，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，能源消費上實施以電代煤、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、縱向優(yōu)化，實現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級利用，提高能源效率。
目前多能互補的示范工程分為兩類：第一類針對電源側(cè)多能互補，利用大型綜合能源基地風(fēng)能、太陽能、水能、煤炭、天然氣等資源進行互補組合，通過時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，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）工作組啟動項目7“有源配電網(wǎng)的開發(fā)與運行（development and operation of active distribution networks）”，2008年CIGRE C6重點關(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、隨機性和波動性的特點電源并網(wǎng)運行控制，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)濟運行，通過對現(xiàn)有配電網(wǎng)的升級，提高自身的調(diào)節(jié)能力，實現(xiàn)配電網(wǎng)—電源—負(fù)荷協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化運行，實現(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、運行效率以及供電安全可靠性和電能質(zhì)量。
1.3?多能互補主動配電網(wǎng)
多能互補主動配電網(wǎng)如圖2所示，多能互補主動配電網(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)點互聯(lián)起來，通過優(yōu)化組合配置，在電力系統(tǒng)內(nèi)互補運行，取長補短，提高用能效率，更好地滿足用能要求同時保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
圖2 多能互補主動配電網(wǎng)示意圖
多能互補主動配電網(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)合一體化供給實現(xiàn)經(jīng)濟性，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)等進行聯(lián)動，提高綠色用能，實現(xiàn)能源的高效利用，有利于多能互補主動配電網(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)，同時提高分布式電源利用效率及電能質(zhì)量。通過將儲能進行分層設(shè)計，分布式儲能進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；通過集中儲能進行削峰填谷滿足需求側(cè)響應(yīng)，實現(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)化控制實現(xiàn)多能互補，實現(xiàn)不同能源備用或互換的補充，滿足不同季節(jié)供能形式要求，實現(xiàn)能源供給的經(jīng)濟性。
2.3?提高供能可靠性
提高重要負(fù)荷的供電可靠性要求。單個微電網(wǎng)節(jié)點離網(wǎng)運行滿足離網(wǎng)能量平衡，提高分布式電源的利用效率并延長離網(wǎng)的供電時間。微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)（計劃和非計劃）滿足無縫切換要求，實現(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)計才能充分發(fā)揮多能互補作用，且不對配電網(wǎng)的運行產(chǎn)生負(fù)面影響，做到真正互補，實現(xiàn)低碳生態(tài)的能源供給及經(jīng)濟性。技術(shù)上需要重點考慮區(qū)域就地平衡、運行經(jīng)濟智能，要做好用能預(yù)測和供給預(yù)測，實現(xiàn)供和用的匹配，實現(xiàn)多種能源供給形式的匹配，實現(xiàn)能源供給和相互轉(zhuǎn)化的匹配；做好與用戶互動，實現(xiàn)用能和供能的智能互聯(lián)，促進可再生能源建設(shè)利用，推動發(fā)電汽車發(fā)展，發(fā)揮供能聯(lián)動的經(jīng)濟和高效，需要重點開展以下技術(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)與消費進行統(tǒng)一，需要設(shè)計分布式發(fā)電、用電、冷熱一體的綜合用能負(fù)荷模型，實現(xiàn)用能有機互補。
2）多能互補供能網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：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)荷波動進行互補調(diào)節(jié)，降低用能的波動，滿足主動配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行要求。
4、示范工程
多能互補主動配電網(wǎng)示范基地是國家能源技術(shù)研究及工程示范項目，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯杭錦旗獨貴鎮(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個不同目標(biāo)的380?V微電網(wǎng)和升級改造個園區(qū)10?kV供電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多能互補，驗證多能互補主動配電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計和優(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)濟高效運行。
4.1?工程方案
本項目包含光伏發(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)燃機發(fā)電1600 kW，集中式儲電和分布式儲電容量共計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)計設(shè)計了1號、2號、3號微電網(wǎng)，分別實踐交直流混合供電、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)運行時作為柔性負(fù)荷降低配電網(wǎng)功率波動、削峰填谷、經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度等，離網(wǎng)時作為3號微電網(wǎng)的備用電源延長離網(wǎng)供電時間。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)計燃油發(fā)電、光伏發(fā)電及水蓄熱等互補調(diào)峰策略，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多種能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)及經(jīng)濟高效運行等目標(biāo)。
圖3 億利多能互補主動配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
億利多能互補主動配電網(wǎng)系統(tǒng)功能如圖4所示，通過對光、柴、儲、負(fù)荷等各個環(huán)節(jié)統(tǒng)一的監(jiān)視、控制、管理與調(diào)度等，并網(wǎng)運行時最大限度消納分布式電源、提高供能經(jīng)濟性及電能質(zhì)量要求，離網(wǎng)運行時保證負(fù)荷供電及穩(wěn)定運行，同時能夠監(jiān)控?zé)岜脵C組的運行狀態(tài)、機組負(fù)荷、供回水溫度、流量、水源側(cè)進出溫度、機組耗電量等，實現(xiàn)供能優(yōu)化。
圖4 億利多能互補主動配電網(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)電機組、光伏發(fā)電、儲能、充電樁及負(fù)荷，柴油發(fā)電機組接入1號微電網(wǎng)，并網(wǎng)運行時柴油發(fā)電機主要作為用電高峰時的電源補充，當(dāng)外部供電系統(tǒng)斷電時，柴油發(fā)電機對1號、2號及3號供電，柴油發(fā)電機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（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，重點驗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，重點驗證重要負(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，同時與3號微網(wǎng)連接，10?kV與400?V接入要求互鎖，并網(wǎng)運行滿足主動配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化調(diào)度要求，離網(wǎng)運行時接入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、儲能以及充電機等都通過電力電子變換器接入配電網(wǎng)，從維護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)實現(xiàn)不同接入需求，減少裝置類型方便維護。
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，實現(xiàn)不依賴逆變器、不依賴通信的主動式孤島運行狀態(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)可實現(xiàn)分布式電源根據(jù)接入點電壓情況自動進行出力調(diào)節(jié)，解決由于有功過多引起電壓升高、使分布式發(fā)電退出運行、不能有效發(fā)電的問題，實現(xiàn)發(fā)電量滲透率最大。
5）無通信微電網(wǎng)自主運行控制技術(shù)。
通過微電網(wǎng)的基波頻率調(diào)制進行信息傳遞，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，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)與分布式發(fā)電實現(xiàn)自主并聯(lián)穩(wěn)定運行，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)時無法保證兩側(cè)電壓幅值和相位完全一致，合閘時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，實現(xiàn)“零沖擊”并網(wǎng)。
4.3?微電網(wǎng)運行
4.3.1 并網(wǎng)運行
并網(wǎng)運行時，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，驗證3個不同類型微電網(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)計燃油發(fā)電、光伏發(fā)電及水蓄熱等等互補調(diào)峰策略，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多種能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)及經(jīng)濟高效運行。當(dāng)911/912某一供電線路停電時導(dǎo)致單個微電網(wǎng)上級電網(wǎng)失電時通過負(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)電機功能實現(xiàn)無縫切換至離網(wǎng)運行模式，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)電機功能進行無縫切換至離網(wǎng)運行模式保證重要負(fù)荷的供電，3號微電網(wǎng)通過PCC3進行“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)運行
億利多能互補主動配電網(wǎng)離網(wǎng)運行接線示意如圖9所示。當(dāng)911與912兩條供電線路全部停電時，3個PCC點全部斷開，進行離網(wǎng)運行模式，柴油發(fā)電機組作為主電源，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)時負(fù)荷供電需求。
圖9 億利多能互補主動配電網(wǎng)離網(wǎng)運行接線示意圖
4.3.3?并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換
1）計劃并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)。
計劃性并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)流程如下：啟動柴油機進行同期并網(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)電機組作為主電源進行離網(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)電機組作為主電源進行離網(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)運行，進行離網(wǎng)運行模式。
2）非計劃并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)。
當(dāng)911與912線全部停電時，進行非計劃性的并網(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)電機功能實現(xiàn)無縫切換至離網(wǎng)運行模式，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)供電時間要支撐柴油發(fā)電機組啟動并網(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，進入離網(wǎng)運行模式。
4.3.4 離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)切換
離網(wǎng)運行時，3個PCC點全部斷開，柴油發(fā)電機組作為主電源，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)時負(fù)荷供電需求。能量管理系統(tǒng)下達(dá)并網(wǎng)指令，進行計劃性離網(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)電機功能實現(xiàn)無縫切換至離網(wǎng)運行模式；3號微電網(wǎng)通過PCC3進行“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)運行的1號微電網(wǎng)和2號微電網(wǎng)通過PCC1進行同期并網(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)光伏和儲能恢進行并網(wǎng)，進入并網(wǎng)運行模式。
4.4?多能互補能量管理
本項目應(yīng)用的多能互補主動配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)由許繼集團有限公司研制開發(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，對整個全局能量管理及運行優(yōu)化實現(xiàn)了供給側(cè)常規(guī)能源和可再生能源管理的有序、互補、梯次和優(yōu)化利用，滿足電能調(diào)度和熱能調(diào)度，從發(fā)電端和消費端實現(xiàn)多能互補。億利多能互補主動配電網(wǎng)能量管理如圖10所示。通過供電和供熱進行互補協(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)濟運行。
圖10 億利多能互補主動配電網(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，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，限制分布式發(fā)電功率輸出。整個過程中，分布式發(fā)電功率低于用電負(fù)荷時，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，余熱是一種免費能源，但只有在柴油機啟動時產(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啟用。
5、結(jié)語
多能互補主動配電網(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、內(nèi)燃機，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，同時又保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量、運行穩(wěn)定性、供電可靠性以及區(qū)域冷熱的綜合供應(yīng)，技術(shù)驗證，具有示范推廣價值。
?作者簡介
李瑞生，男，碩士，教授級高級工程師，研究方向為繼電保護、分布式發(fā)電接入及微電網(wǎng)運行控制。
李獻偉，男，碩士，高級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)保護與控制、分布式電源接入及微電網(wǎng)穩(wěn)定控制運行等。
引文信息
李瑞生，李獻偉，張超．多能互補主動配電網(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.
