深度解析！未來電力系統(tǒng)十大關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)

2017-01-16 21:06:20 大云網(wǎng)　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

2016年8月21～26日，第46屆國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)（CIGRE）年會(huì)在法國(guó)巴黎召開，超過3000位代表出席了會(huì)議，其中來自中國(guó)的參會(huì)代表有80多位。大會(huì)以主旨報(bào)告《電力大變革—未來電力系統(tǒng)》作為開始，并以“分布式發(fā)電對(duì)大容量電網(wǎng)影響的全球視角”為主題召開了開幕論壇。CIGRE2016提出了兩個(gè)大方向：一是未來電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)及動(dòng)向；另一個(gè)是如何充分盡限利用現(xiàn)有的系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)

CIGRE2016的主旨報(bào)告《電力大變革—未來電力系統(tǒng)》指出，各種各樣的因素正推動(dòng)著全球能源系統(tǒng)向著面對(duì)不同挑戰(zhàn)風(fēng)險(xiǎn)、不同管理方式、不同條件狀況的資源–市場(chǎng)混合型模式轉(zhuǎn)變。這些因素主要包括：

（1）國(guó)際和國(guó)家層面的政策鼓勵(lì)低碳生產(chǎn)、可再生能源（RES）的使用以及能源的高效利用。

（2）將可再生能源（RES）和分布式電源（DG）接入配電網(wǎng)。

（3）配電網(wǎng)中日益增加的用戶和由此引起的對(duì)電網(wǎng)的需求。

（4）信息與通信技術(shù)（ICT）的進(jìn)步。

（5）電網(wǎng)全壽命周期更新投資的需要。

（6）利用基于市場(chǎng)的方法控制電網(wǎng)阻塞的必要性。

（7）市場(chǎng)規(guī)劃與管理機(jī)制向著公平、成本效益最好的方法演變。

（8）現(xiàn)有及新建設(shè)施的穩(wěn)定性、持續(xù)性及其對(duì)環(huán)境的影響。

（9）世界上仍有大量的人口用電不足的問題亟待解決。

上述因素可能促使電網(wǎng)在2020年及以后（甚至到2040年），向著以下兩種模式發(fā)展：

（1）互聯(lián)大電網(wǎng)：在負(fù)荷區(qū)域和大型集中式可再生發(fā)電站之間傳輸大功率的互聯(lián)大電網(wǎng)的重要性不斷提升。應(yīng)用大電網(wǎng)聯(lián)接不同國(guó)家的能源市場(chǎng)。

（2）主動(dòng)配電網(wǎng)：大量小型及大型包含分散式發(fā)電廠、儲(chǔ)能、有功用戶參與的自我供給配電網(wǎng)的簇?fù)沓霈F(xiàn)，導(dǎo)致必須采用主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)有功和無(wú)功進(jìn)行管理。

未來的電網(wǎng)發(fā)展中，大型能源網(wǎng)絡(luò)越發(fā)重要，同時(shí)小型微電網(wǎng)也蓬勃發(fā)展，它們相輔相成，共同發(fā)展。未來，不同地區(qū)的電網(wǎng)中將會(huì)出現(xiàn)不同的能源組合，以往的用電方也可以成為發(fā)電方，因此電網(wǎng)必須更加智能可控，要實(shí)現(xiàn)雙向負(fù)荷流的管理。由于大量互聯(lián)電網(wǎng)的加入，主動(dòng)配電網(wǎng)被視為解決日益突出的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠等問題的方法，因此未來電力系統(tǒng)很可能以上述兩類模式的混合形式出現(xiàn)。

一未來電力系統(tǒng)十大關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)挑戰(zhàn)

（1）主動(dòng)配電網(wǎng)將導(dǎo)致在配電網(wǎng)電壓等級(jí)和更高電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生雙向潮流與數(shù)據(jù)流，如何建立合理的智能控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)大量小型電源之間的協(xié)調(diào)是一項(xiàng)新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

首先需要獲取數(shù)據(jù)信息（配電網(wǎng)自動(dòng)化、家庭能源管理以及電動(dòng)汽車的數(shù)據(jù)信息），這就需要安裝大量的智能電表和需求側(cè)響應(yīng)電表。同時(shí)，還需要研究合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以確保其能夠?yàn)楫?dāng)?shù)氐哪芰科胶馓峁└玫谋Ｕ?。另外，由于市?chǎng)和制度正潛移默化地向著高效管理、公平公正、成本回收的方向進(jìn)化，以市場(chǎng)為導(dǎo)向的分布式發(fā)電（如虛擬電廠）控制技術(shù)也是應(yīng)對(duì)該項(xiàng)挑戰(zhàn)的可能方法之一。

（2）先進(jìn)測(cè)量與監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用以及對(duì)信息交換的大量需求，對(duì)傳感技術(shù)及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出了新的要求。

1）在系統(tǒng)的運(yùn)行、保護(hù)、檢修以及全壽命管理等過程中需要新的量測(cè)參數(shù)、網(wǎng)架信息、通信技術(shù)以及相關(guān)的新式算法。

2）交換數(shù)據(jù)的識(shí)別及其相關(guān)需求，例如數(shù)據(jù)的可靠性、安全性等。

3）故障恢復(fù)與轉(zhuǎn)供規(guī)劃方法。

4）網(wǎng)絡(luò)安全與準(zhǔn)入控制：網(wǎng)絡(luò)安全、信安全等問題。

（3）在各電壓等級(jí)下直流技術(shù)與電力電子（PE）應(yīng)用的增長(zhǎng)及其在電能質(zhì)量、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)安全以及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化方面的影響。傳統(tǒng)的電路理論不能簡(jiǎn)單地直接用于分析交直流混合電網(wǎng)和含有大量電力電子設(shè)備的微電網(wǎng)，需要做更多新技術(shù)的相關(guān)研究。

1）計(jì)及高壓直流（HVDC）和PE系統(tǒng)控制模型的交流電網(wǎng)性能的研究。

2）在HVDC和PE運(yùn)行過程中，交流和直流諧波過濾器所產(chǎn)生的諧波失真管理，以及由于電力電子用戶日益增加所產(chǎn)生諧波污染的去除。

3）在交流電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，直流和基于PE的發(fā)電站在動(dòng)態(tài)響應(yīng)及性能方面較傳統(tǒng)發(fā)電廠和交流線路有著顯著的區(qū)別。許多情況下，如何選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和控制方法，從而大大增強(qiáng)全網(wǎng)的可靠性是需要考慮的重要問題。

4）高壓直流電網(wǎng)是一種與傳統(tǒng)電網(wǎng)在動(dòng)態(tài)響應(yīng)和性能上皆有著明顯不同的全新電網(wǎng)形式。建立完善的HVDC電網(wǎng)，需要靈活使用制造業(yè)的各種設(shè)備，并逐步完善各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

5）高壓直流電網(wǎng)是一種全新電網(wǎng)形式。為了使其逐步的建立起來，需要建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)以及電網(wǎng)技術(shù)準(zhǔn)則（gridcodes）。同時(shí)，不同制造商提供的設(shè)備也應(yīng)該具有互換性。

6）如何滿足日益增長(zhǎng)的終端直流供電的需求（例如居民用戶和商業(yè)建筑等）也是挑戰(zhàn)之一。

（4）儲(chǔ)能系統(tǒng)中重要設(shè)備的發(fā)展及其對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)展的影響。

為實(shí)現(xiàn)分布式能源之間的協(xié)調(diào)，儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮著越來越重要的作用，同時(shí)也帶來了許多技術(shù)問題。

1）建設(shè)問題：先進(jìn)材料、安裝成本和建設(shè)成本的下降、環(huán)境影響的降低、充放電周期效率的提升、重量減輕且尺寸密度的提升以及全壽命周期評(píng)價(jià)模型的研發(fā)等。

2）運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)問題：各電壓等級(jí)下儲(chǔ)能的影響、靜態(tài)穩(wěn)定建模和動(dòng)態(tài)仿真、充放電管理、與RES聯(lián)合運(yùn)行的混合系統(tǒng)、孤島管理、削峰能力，以及需求側(cè)管理技術(shù)協(xié)調(diào)運(yùn)行等。

3）抽水蓄能和電池儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（5）針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行、系統(tǒng)控制和市場(chǎng)/法規(guī)規(guī)劃，建立計(jì)及主動(dòng)用戶與不同發(fā)電形式間相互作用的新概念。

1）發(fā)電站隨機(jī)組合以及柔性負(fù)荷和儲(chǔ)能導(dǎo)致的負(fù)荷變動(dòng)所帶來的運(yùn)行挑戰(zhàn)。包括：功率平衡、阻塞管理、市場(chǎng)規(guī)劃和規(guī)范機(jī)制的改進(jìn)，以及促進(jìn)含用戶和RES參與的電力市場(chǎng)、有功無(wú)功儲(chǔ)備和風(fēng)險(xiǎn)管理等。

2）輸電系統(tǒng)中電力電子整合技術(shù)，如含HVDC線路的內(nèi)部互聯(lián)系統(tǒng)會(huì)對(duì)可靠性、電力市場(chǎng)整合與控制以及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能帶來挑戰(zhàn)。

3）各大洲、各國(guó)、各地區(qū)電力系統(tǒng)控制的發(fā)展：輸電系統(tǒng)運(yùn)行人員（TSO）、配電系統(tǒng)運(yùn)行人員（DSO）、電力市場(chǎng)運(yùn)行人員、能源服務(wù)商以及其他相關(guān)人員之間都需要共同協(xié)作。應(yīng)當(dāng)了解全網(wǎng)的地位、各系統(tǒng)間的界限，信息交互以及生產(chǎn)和負(fù)荷中心TSO、DSO及其他相關(guān)人員間的可操作接口。

4）自動(dòng)化水平的提升：新開發(fā)軟件的工具可以快速地確定系統(tǒng)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)，其可提供決策支持，并為系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)化結(jié)構(gòu)以及電氣參數(shù)的調(diào)整、轉(zhuǎn)供自動(dòng)化、事故恢復(fù)等提供警示。

5）應(yīng)確保系統(tǒng)運(yùn)行人員相關(guān)培訓(xùn)和具有相應(yīng)資質(zhì)。

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