含分布式电源配电网新技术分析

1.1引言
       随着全球环境压力越来越大，绿色环保成为大家的口号。分布式电源作为世界各国应对环境压力、节能减排的重要举措之一，发展越来越迅速，应用越来越广泛。分布式电源在配网中的高渗透，对配电网的运行、保护以及电网电压质量都会带来影响。加之风力发电、光伏发电等其处理随天气、季节、温度的变化而变化，具有很大的波动性，都会引起配电网产生电压闪变、电压跌落等电能质量问题，威胁配网的安全可靠运行。传统配电网闭环设计开环运行，呈辐射状，潮流方向单一，属无源网。大量分布式电源接入配电网以后，配电网将从无源网变成有源网。配网中出现了不可控的发电单元，潮流变得错综复杂，对配电网运行保护带来困难。
       针对分布式电源在配电网中的高渗透所引起的问题，世界各国也在研究发展若干新技术来应对。微网技术、需求响应技术、主动配电网技术是解决含分布式电源配电网的几个有效途径，本章将对这三个含分布式电源配电网新技术进行介绍分析。

2  含分布式电源配电网新技术
2.2.1.      微网技术
       微电网(micro-grid，microgrid)是一个小型发配电系统，由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成，其能够实现自我控制、保护和管理，可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行，是智能电网的重要组成部分。微电网概念的提出，主要是为了解决分布式电源直接接入配电网在技术上、市场上以及政策上所带来的问题，从而提高分布式发电的利用效率，发挥分布式发电的优势，增加配电网对分布式发电的接纳能力，更好地保证含分布式发电的配电网的电能质量与供电可靠性。微网的概念，首先由X威斯康辛大学的教授R.H.Lasseter于2001年提出^[23]。对于微网的定义，各国情况不同，定义也不尽相同。其中，X电力可靠性技术解决方案协会( CERTS) 、欧盟微网项目( European Commission Project Micro-grids) 及X威斯康辛麦迪逊分校的 R.H.Lasseter 给出的微网概念相对更能获得学术界和工业界的认可。
       X电气可靠性技术解决方案协会给出的微网定义为：微电网可同时提供电能和热量，是一种由负荷和微型电源共同组成的系统;主要由电力电子器件负责微电网内部电源的能量转换及控制。欧盟微电网项目(European Commission Project Micro-grids)对微网的定义有4个特点，包括：使用微型电源；利用一次能源;配有储能装置;使用电力电子装置进行能量调节。为了促进微网的持续发展，我国专家牵头召集了国际电工委员会(international electrotechnical commission，IEC)微网标准工作组，并已开始编制微网规划设计、控制运行的国际标准。文献[25]对现有的国际、国内有关微网的标准进行了总结，指出了现有标准的不足，分析了建立微网标准面临的困难与挑战。
2.2.2.      需求响应技术
       需求响应技术是电力需求响应的简称，是指电力系统中的用户在感知到电力市场中电力价格上升或者受到供电公司诱导性减少负荷的影响时，改变自己通常的用电习惯，从而达到减少某时段的用电负荷或者推移某时段的用电负荷的目的，保障电网运行稳定性，并抑制电价上升。
       需求响应技术是需求侧管理的解决方案之一。基于价格的需求响应指用户收到分时电价、实时电价、尖峰电价等价格信号时，做出相应的电力调整。需求响应强调用户主动根据电力市场情况做出调整，可将用电高峰时的电力负荷转移到用电低谷时段，从而达到“削峰填谷”的作用，有利于降低电力成本，提高电网供电可靠性。
       X是实施需求响应技术项目最早的国家，其实施的需求响应项目种类和数量也是世界上最多的。据统计，X通过实施需求响应技术，在2006年夏季高峰负荷时，有效降低了系统高峰时的负荷量。另据统计，2000年整个X通过需求响应技术，负荷高峰削减量达到了22 901 MW，2010年削减量达到了32 845 MW，对X电力系统运行稳定起了巨大的作用。X、日本、欧盟等国家对需求响应技术标准化也展开了工作。2007年X在《能源与安全法案》中明确规定由NIST 牵头组织和协调X智能电网标准化工作。为了让不同设备制造商生产的产品之间可以互相操作，欧盟智能电网标准化组织也在建立需求响应统一标准。相比于欧美发达国家，我国需求响应技术起步则较晚，国外需求响应技术的先进经验，值得我们借鉴。另外，在需求侧管理方面，我国也提出了一系列标准与管理措施。
2.2.3.      主动配电网技术
       从世界能源发展的趋势可以看出，分布式能源的发展已经上升到国家战略高度，世界各国都非常重视分布式电源的研究和发展。随着分布式电源在配电网中的高渗透，以及电动汽车的普及等，传统配电网所面临的问题越来越多。分布式发电在配网中的大量渗入，其可能导致配电网电压质量下降、继电保护设备可靠性下降以及配网供电可靠性降低等问题。配电网由传统被动控制向未来主动控制发展势在必得。
       2008年，国际大电网会议（CIGRE）C6.11项目组提出了主动配电网的概念。在主动配电网中，我们可以利用灵活的网络技术综合控制各种分布式能源、优化调度各种分布式能源的出力、实现对潮流的有效管理。相比于传统配电网，主动配电网具备如下4个特征：
       主动配电网中中具有一定比例的分布式发电资源；配网网络拓扑可灵活调节；具有较为完善的可观可控水平；具有实现协调优化管理的管控中心。
由框架图可知，主动配电网利用先进的通信技术以及高级的测量体系，收集当前配网的运行状态，在运行约束、市场价格、能源交易等约束条件下，通过一系列措施对配电网进行优化调度，最终达到配网的最优运行。
       主动配电网提出与应用，具有极大的社会效益与经济效益。主动配电网中，用户可灵活接入配电网，可以得到更高的供电质量与供电可靠性，还能减少自己的电费支出。分布式电源可作为电网备用电源，可以减少停电时间与停电面积，提高电网供电可靠性。对电网企业来说，主动配电网运营成本大大减少，提高了电能传输效率。主动配电网的应用，亦提高了电网对分布式发电的接纳能力，促进了可再生能源的利用，有利于推动国家节能减排的进展。
  本章小结
       本章主要对含分布式电源的配电网新技术进行了研究总结，包括微网技术、需求响应技术以及主动配电网技术。介绍了微网出现的背景，给出国际对微网的定义。介绍了需求响应技术概念以及国内外研究进展。介绍了主动配电网及其功能框架图。