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风电友好型智能电网的关键技术

日期: 2016-05-25
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目前,国家已将新能源的开发提高到了战略高度,风电、太阳能等可再生能源将是未来一段时间新能源发展的重点。“十二五”期间为应对环境恶化和传统能源短缺对地球带来的威胁,世界各国越来越重视开展节能减排,发展可再生能源,打造低碳经济。为给经济社会提供更加安全、可靠、经济、清洁的电能,我国提出“智能电网”的概念并开始了相关领域的研究工作。风电场装机容量的增加,在电源中所占比例的增大,对电力系统的规划、运行等带来了影响,对建立风电友好型智能电网提出了迫切需求。

  1 风电友好型智能电网

  传统电网是一个刚性系统,电源的接入与退出、电能量的传输等都缺乏弹性,使电网动态柔性及重组性较差;垂直的多级控制机制反应迟缓,无法构建实时、可配置和可重组的系统,自愈及自恢复能力完全依赖于物理冗余;对用户的服务简单、信息单向;缺乏信息共享,相互割裂和孤立的各类自动化系统不能构成实施的有机统一整体。

  国网公司已经开展了两批试点工程,达到21类共228项试点范围涵盖公司经营区域的26个省市,涵盖了发电、输电、变电、配电、用电、调度六大环节和通信信息平台。第一批试点工程按照“重要领域率先突破和条件成熟地区先行”的原则,在智能电网的六大环节,优先选择了“基础条件好、项目可行度高、具有示范效应”的9个项目。

  2 风电友好型智能电网特性

  风电友好型智能电网具有特性:具备强大的资源优化配置能力;具备良好的安全稳定运行水平;适应并促进风电等清洁能源发展;实现高度智能化的电网调度;充分调动用户侧弹性资源。

  3 风电友好型智能电网关键技术

  坚强智能电网建设覆盖电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度等全部环节,各环节的智能化建设和改造均对风电大规模开发利用有促进作用。关键技术主要体现在以下几方面。

  3.1 发电环节关键技术

  发电环节关键技术包括风电并网建模及仿真技术、风电并网运行与控制技术、常规电源网厂协调技术(常规机组快速调节技术、常规电源调峰技术)、新能源网源协调技术、大规模储能技术等关键技术。从短期和中期来看,解决风电消纳问题的最有效也是成本最低的方法是提高常规电源快速调节能力:对新建电厂应该在灵活性方面提出一定规定,同时应对现有电厂进行改造使其达到相应灵活性规定。从长远看,大规模储能技术是新能源发电方式的有益补充,其通过存储电能来平滑随机和间歇的功率输出,对大规模新能源发展起到重要作用。对于风力发电,在电源侧配置动态响应特性好、寿命长、可靠性高的大规模储能装置,可有效解决风电的间歇性和波动性问题,大幅提高电网接纳风电的能力。

  3.2 输电环节关键技术

  先进输电技术包括特高压交/直流输电技术、灵活/柔性交流输电技术、柔性直流输电技术、输电线路状态监测技术、智能变电站技术等。特高压输电技术和柔性输电技术可以促进我国“建设大基地,融入大电网”的风电开发模式,输电线路状态监测技术和智能变电站技术可以有效提高电网输送容量,增强电网自愈水平。

  3.3 配电环节关键技术

  配电室电力系统的电能配送环节,是风电分布式发展的基础。智能配电网支持灵活自适应的故障处理和自愈,通过电力流、信息流、业务流的一体化融合,具备快速高效的配电网络自组织、自优化能力,方便快捷的分布式电源的有序并网、“即插即用”以及与电网的互动。

  适应风电分布式接入的智能配电技术包括高级配电自动化技术、配电网定制电力技术、分布式发电并网技术、微电网技术等。

  3.4 调度环节关键技术

  智能化调度是智能电网建设的重要内容,是实现风电“可调度”的技术基础。电力系统为了适应大规模清洁能源发电的并网运行,需要开展相应的监测、控制和调度决策支持等技术的研究,最终实现风电的可测与可控。

  智能电力系统调度技术包括所有发电机组的功率预测及监控技术(包括来自风电厂、光伏发电厂的波动性发电量输出)、发电机组低成本调度技术,当然应该考虑到不同类型发电厂各自的约束条件。电力系统调度的基础是信息透明,即不同类型发电厂进行发电的边际成本信息。这就考虑到了最小化成本优化,如前面对其他国家的描述中一样,它能够省去大量成本。适应风电发展的智能调度技术包括风电调度决策支持技术、风电接入电网的安全稳定防御技术、含新能源的节能发电调度技术、风电厂综合监控和实时监测技术、调度端风电预测技术等关键技术。这些技术将针对风电出力特性,开展大规模风电发展对电网调频、调峰影响的研究,开展大规模风电对系统开机方式、自动发电控制(AGC)和区域电网联络线功率控制等的影响研究,开展风电的调度管理模式研究等。

  3.5 用电环节关键技术

  用电是电力系统的电能消费环节,智能用电技术将构建系统与电力用户电力流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系,灵活、互动的用电环节有利于系统快速跟踪风电的变化,从而大大提高风电的消纳水平。

  短期之内,可以通过提高灵活性负荷用电比例来消纳更多的风电。这种负荷能在风力发电量高的时候升高,而在风力发电量低的时候降低。这种负荷可以与供热设备联系到一起,例如热泵、带有大型储热系统的电锅炉等。从长远来看,智能用电技术包括高级测量体系、电动汽车充放电、用电信息采集、智能需求侧管理技术、用户侧储能技术等关键技术。高级测量体系(AMI)是在双向计量、双向实时通信、需求响应以及用户用电信息采集技术的基础上,支持用户分布式电源盒电动机汽车接入和监控,实现智能电网与电力用户的双向互动。用电信息采集系统能指导用户科学合理用电,为风电低谷消纳提供有力的技术支持。电动汽车充放电是智能电网与用户双向互动的重要组成部分,可以辅助系统有效接纳风电等波动性发电容量。智能需求侧管理技术包括自动需求响应技术、能效电厂、智能有序用电、远程能耗检测与效能诊断等。用户侧储能技术是转移高峰电力、开发低谷用电,提高风电消纳比重的一项重要技术措施,包括蓄冷技术、蓄热技术、储能技术等。

  4 小结

  从2009年5月,国家电网公司正式提出“坚强智能电网”的概念,并计划于2020年基本建成坚强智能电网,拉开了我国智能电网研究与实践的序幕。近几年,国家电网公司陆续开展试点(示范)工程,为风电有好型智能电网的关键技术工程实践提供了良好机会。可以预见,未来我国电网将变得更加坚强稳固。


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