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新能源政策驱动下,如何应对分布式能源集成的挑战?
时间:2021-3-22 中国电力电工网
   近日,“十四五”规划纲要草案中明确提出建设清洁低碳、安全高效的能源体系,提出要加快发展非化石能源,坚持集中式和分布式并举。事实上,提升分布式能源消纳能力这一方向,已经成为了电网公司当今在转型升级上的有力共识。国家电网在近期发布的 “碳达峰、碳中和”行动方案中也已提出支持分布式电源和微电网发展是推动电网转型升级的主要途径之一。此外,北京、浙江、江苏等多个省市的政府工作报告中也明确提出了发展分布式能源、打造现代化电网的要求。

   随着高比例新能源将接入新一代电力系统,更多新型用能场景也将大量涌现,分布式电源渗透率和电能占终端能源消费的比重将不断提高。这就意味着,配电网需要具有强大的综合承载能力,才能满足清洁能源充分消纳和多元化负荷灵活接入的需求。

   通常情况下,电网公司会通过将DER集成限制在“安全水平”的方法来解决高DER集成渗透率引发的问题。但是随着“绿色发展”、“综合能源”、“需求响应”等新能源政策目标的提出,越来越多的 DER 接入配电网,该方案便不再适用。那么,电网运营商应如何将DER成功地集成到配电网中?又应在何时且如何处理配网中日益增长的DER渗透率?

   作为全球能源管理和自动化领域的数字化转型专家,施耐德电气在推动全球电网现代化转型升级方面持续探索,并结合全球实践经验,发布白皮书《分布式能源(DER)集成是适用于大中型配电网的解决方案》,提出关于发展分布式能源与电网现代化的前瞻性思考:要打造现代化电网,推进电网的智能化管理,势必需要采纳适用于大中型配电网的分布式能源集成解决方案。实现DER(Distributed Energy Resource,分布式能源)渗透率最大化与DER集成的有效管理,是实现电网现代化的关键之一。

实现最大化DER渗透率的三大途径

   作为现代能源体系的重要组成部分,分布式能源具有较高的供电灵活性,可满足特殊场合的供电需求,有助于减少电网投资,降低输电损耗,提高能源利用率。与此同时,高DER渗透率带来的系列问题成为运营商和配电网必须面对的“痛点”。

   举个例子,每当DER发电馈入电网时,接入点的电压就会升高。在 DER 渗透率较高的情况下,整个电网的电压都会升高,如果出现过电压或是超过可接受范围等情况时,便会对配电网的正常运营造成影响。同时,较高的DER渗透率还可能伴随着逆功率流,一旦出现与特殊情况,就无法保证网络的正常运行,并可能出现相间不平衡等情况。

施耐德电气认为,最大化DER渗透率可以分为三个步骤:

   步骤一:电网评估和长期目标预测。首先,电网公司需根据现有情况或利用预测数据根据未来发展情况对电网的承载能力进行分析。如下图所示,每当收到DER接入请求时,网络运营商通过承载分析工具可以非常清楚地看到连接可能性较高的位置(绿色部分及以上)、连接可能性较低的位置(黄色部分)以及不具有连接可能性的位置(红色部分),并评估DER在不同网络运行条件下会产生的影响。根据承载能力分析和目标预测审查的结果,网络运营商可以很好地了解现有网络及其余安全水平上限的相差幅度,并以此确定薄弱环节、关注重点以及应如何优化网络运行。


   步骤二:通过DER集成规划提升电网规划和运行水平。DER是具有间歇性、可变性的可再生能源发电系统,要将 DER 纳入电网运营,运营人员不仅必须对其实际可用功率、输出功率的增减范围等有所了解,还必须能够向 DER 装置发送设定点,并对设定点进行动态、实时的优化,在长期、短期、近期内都保持良好的预测质量。经验表明,通过引入自动化、通信和智能辅助决策工具,对DER集成进行有效的规划、预测并制定运营策略,有助于网络运营商在无需新增基础设施(电线、馈线或变电站)的情况下,推动网络以最大容量运行。


ADMS-DERMS:DER 监测窗口

   步骤三:优化网络扩展。基于以上两个步骤,当电网在接近其大容量或最大可能性的情况下运行时,电网公司便可考虑如微电网、需求响应管理系统或增加新的基础设施等扩展项目,并准备向“主动配电网管理”方案过渡。
施耐德电气的DER集成“智慧”

   在 DER 渗透率较高的配电网中,DER 发电处理起来非常复杂,因为 DER 电力的来源多样(光伏、风能、电池、生物质、热电联产等),且发电设备一般具有逆变器接口。发电机组可能由公用事业拥有,也可能由第三方拥有。因此,网络运营商不仅须应对运营约束,还须应对多个行为主体之间的互动,不能仅凭经验和人工操作来运营电网。

   施耐德电气认为,自动化、通信和智能辅助工具是电网运营需引入的关键功能。电网公司可通过使用高效的设备、优化智能互联设备的使用、优化DER的部署与采用先进的分析工具四大途径将DER成功地集成到配电网中,通过有效的规划和柔性运行策略实现对DER集成的有效管理。

   针对这样的需求,施耐德电气分布式能源管理系统(DERMS)可以提供积极的策略,集成大量DER,并主动监控、控制和优化协调DER参与输电时的表现,从而实现安全运营,获得最佳绩效。此外,其还可以作为施耐德电气的高级配电管理系统 EcoStruxure ADMS的嵌入式组件,与实地验证的 SCADA 系统相结合进行监视和控制,与 EMS 相结合进行输电操作,与嵌入式 OMS 相结合来提高弹性和可靠性,从而在共同的用户体验、数据模型、集成框架和安全基础架构内,为公用事业公司提供灵活的模块化平台。

   而ADMS则提供了高级监测、分析、控制、优化、规划和培训功能,使电网公司能够提供更加可靠、安全和高效的电力。目前,南澳大利亚电力公司 SA Power Networks、意大利国家电力公司Enel、法国公用事业公司 SICAE等都在使用 EcoStruxure ADMS 优化电网,有效管理分布式能源的集成。

   未来,施耐德电气将继续深耕分布式能源及微电网领域,通过不断完善的解决方案,助力电网公司更好地应对电网现代化转型升级带来的挑战,更加有效地帮助电网企业将客户拥有或运营的DER 整合到其灵活的配电网络,助力行业实现高质量发展。

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