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小議智能電網與微電網

2012-04-02
關鍵詞: 微電網 智能電網

我國能源和電網的特點。

隨著中國技術、經濟各方面的迅猛發(fā)展,能源與電網相應承載了許多前所未有的壓力,在節(jié)能減排、能源結構、能源分布、電力調配、防災能力、供電可靠性等方面存在諸多問題。

節(jié)能減排方面,2009年11月25日,國務院召開常務會議,決定到2002年中國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%-50%;按照7.5%的增長速率,中國GDP問題到2020年將達到74.3萬億人民幣,中國GDP能耗從2005年萬元DFP的1.222噸煤降低到2020年的0.672噸,年能耗50億噸標煤,接近美國、歐盟和日本屆時的總和;如果中國的能源結構不實行大的調整,二氧化碳排放將達到120億噸,屆時美國、歐盟、日本的排放總和為80億噸,全球的排放總量限額則是300億噸??梢娭袊诠?jié)能減排的道路上要求高,任務重,承擔著巨大的減排壓力。

在能源結構方面,2008年的全球能源結構分析結果顯示石油、天然氣與煤炭的比例相對較平均,而中國的能源則以煤炭為主,占比達到了70.23%,幾乎是全球能源結構中石油、天然氣、煤炭這三類占比的總和。與全球能源結構的比較結果體現出中國能源結構的偏向性嚴重,結構不合理,需要順應趨勢,做出巨大調整。

在能源的分布方面,我國一次能源與用電需求分布極不均衡,電力流主要由西北、西南煤電、水電基地向東部受端中心,輸電距離長、輸送容量大,形成了多個受端中心,未來隨著能源開發(fā)西移和北移速度加快,大型能源基地與能源消費地之間的輸送距離將越來越遠,能源輸送的規(guī)模將越來越大,對輸電的技術要求亦將越來越高。

在電力調配方面,我國負荷增長迅速,截至2010年3月的發(fā)電裝機已達到8.7億千瓦,預計2020年將達到16億千瓦。然而人均裝機仍處于世界平均水平,盡管今年電力增長趨緩,但總體來看,在今后相當長的時期內,電力裝機和電力消費仍處在一個快速發(fā)展的階段。與負荷的快速增長相對應的則是電網,特別是城市配電網建設的滯后。發(fā)達國家如美國、英國和日本,發(fā)電、輸電與配電投資比例分別為1:0.43:0.7、1:0.45:0.78和1:0.47:0.68,配電投資比例相當大,而我國在這三個環(huán)節(jié)的投資比例則為1:0.21:0.12(2000年前),絕大部分投資都用于輸電部分。不過這一問題逐步受到了關注,2009年我國電網投資首次超過電源投資,其中330kV以上電網占24%,220kV以下電網占76%。

此外,近年來多場嚴重自然災害(如2008年特大雪災、5·12大地震等)與電網停電事故(如河南電網2006.7.1停電事故、海南電網2005.9.26停電事故等)對我國電網的防災能力提出了巨大挑戰(zhàn),由電能質量問題引發(fā)的供電中斷也屢見不鮮。

概言之,中國能源與電網的特點體現為能源資源分布不均,負荷發(fā)展快速,電源結構以煤電為主,調節(jié)能力不足,環(huán)保壓力大,這些因素構成了我國智能電網的發(fā)展動力。

我國電網面臨的新問題

第一,我國電網日益復雜,負荷增長迅速,負荷特性更趨恒功率化。負荷中心的外受電比例逐步加大,安全穩(wěn)定問題日益突出,如何防范大面積停電,確保電網安全穩(wěn)定運行?

第二,面對大規(guī)模可再生能源(大型風電場)和大范圍分布式電源(太陽能、風能、燃氣輪機、電動汽車、分布式儲能)的接入,電網如何處理與各類可再生能源、間歇性電源和負荷大量接入后的協調運行?

第三,如何滿足客戶對電網供電可靠性、電能質量等電力服務的各種日益提高的要求?

最后,面對用戶界面透明度的不斷提高,滿足更彈性的負荷需求,電力公司與用戶如何更友好的合作,實現電網與用戶的互動,達到提高運營效率、降低電價和提升服務水平的上的?

安全穩(wěn)定運行、充分接納新能源、提高供電可靠性與靈活交互能力,這些問題都是擺在我們面前的新問題,有待各方加大力度,迅速尋求相關解決方案。

微電網技術

隨著智能電網發(fā)展,微電網及其關鍵技術也成為各界關注的熱點。

微電網并網時,所有微型電源采用恒PQ控制策略。當主網故障微網孤網運行時,其中一個微型電源將切換為V/f控制策略,對微網系統電壓和頻率直到支撐作用,其它微型電源保持PQ控制運行,不能與電壓和頻率的調整。在孤網運行模式,微網內可以通過V/f控制單元的功率跟隨特性來實現電力供需平衡,同時保證較高的電壓和頻率質量。當微電網再次并網時,通過鎖相環(huán)控制,確保微網和主網間的頻率和電壓相位相角的一致,基本實現平滑、柔性并網。通過PSCAD仿真研究也證明了該控制策略的有效性,采用合理的控制策略,微電網可以并網或孤網運行,并可實現兩種運行狀態(tài)的平滑過渡和轉換。

基于微網結構的電網調整能夠方便大規(guī)模的分布式能源互聯并接入中低壓配電系統,提供了一種充分利用分布式能源發(fā)電所機制。

微網可作為輸電網、配電網之后的第三級電網;相比目前的大電網,這種結構具有顯著的社會經濟和環(huán)境效益。通過建立微網可以使得分布式發(fā)電應用于電力系統并發(fā)揮其最大的潛能。

機遇和挑戰(zhàn)

智能電網和微電網技術將為促進清潔能源的發(fā)展、減小碳排放、提高電力企業(yè)效益、解決我國電網的快速發(fā)展與網架結構薄弱的矛盾做出貢獻;為設備制造商、電力企業(yè)和電力用戶提供新的機遇與挑戰(zhàn)。

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