构建数字赋能的柔性开放新型配电系统 支撑国家双碳和乡村振兴目标

发布日期:2021-07-20· 中国能源网 蔡永翔

柔性开放的配电网为新型电力系统的发展提供了形态结构的保障。构建数字赋能的柔性开放新型配电系统。电网引领构建数字价值体系。

构建清洁低碳安全高效的能源体系,充分发挥电网在国家重大战略中的关键性作用,是助力可持续发展、保障我国能源安全以及人民美好幸福生活的重要基石。电能是高品位能源,在能源系统中处于核心地位,在能源转换过程中占据关键枢纽位置。从产能的角度看,大量的分布式清洁能源资源接入配用电网,风力、光伏、小水电、生物质发电等多种形式的能源通过配用电网的转化和输送,有力支撑了我国在制造业、信息产业、交通体系、服务业以及国民生产生活等方方面面的用能。从用能的角度看,能源活动是当前碳排放的最主要来源,2020年我国能源消费产生的二氧化碳排放占总排放量的88%左右,而电力行业的二氧化碳排放量占了能源行业排放总量的近一半,电力行业减排进程直接影响“双碳”整体进程。大规模使用分布式清洁能源能够实现绿色生活,助力“双碳”战略目标。2020年,贵州省57个光伏项目,总容量522万千瓦,全部实现并网发电,连续两年成为全国光伏竞价项目规模最大、建设速度最快、并网率最高的省份。截至2020年底,贵州全省光伏累计装机达1056万千瓦,创造产值年均45亿元、利税4.5亿元。绿色产能绿色用能,电烤烟、电烤酒、电制茶等电能替代项目在贵州运用广泛,助力贵州乡村振兴行稳步远,兴义务川县等深度贫困村,经过电烤烟的产业扶贫之后,2020年全县烟叶产值达到2.13亿元。

分布式能源在配电网并网的方式越加广泛。2019、2020年国家光伏发电项目补贴竞价规模、建设速度、并网规模排名,贵州省连续两年均为全国第一名。其中,2020年贵州省分布式光伏发电并网用户数达4533户,装机容量已达157.75兆瓦,总发电量10515.76万千瓦时。集中式光伏由于采用的是长距离的输电方式,而输电通道资源有限,增设输电通道使成本增加,因此经济效益不高,且集中式光伏的光污染对环境也存在较大弊端。采用分布式光伏并网的优势在于就地消纳、能量传输路径短,使得电力系统更加开放,十分符合农村地区地广人稀的地理特性。分布式光伏的接入可明显缓解农村电网的升级迭代,有利于缓解低电压现象,保障农村用户的供电质量。分布式光伏在贵州的运用还有巨大的发展空间。

然而,分布式光伏的随机性、波动性以及间歇性给整个电力系统带来了前所未有的挑战,对配用电网的供电品质、可靠性和稳定性的影响尤为突出。具体表现为潮流不可控、三相不平衡、过电压和欠电压问题突显等,系统的电压分布规律、稳定特性、故障隔离等情况发生了根本性的改变,直接制约了分布式电网渗透率的进一步上升,也影响了贵州的产业转型和扶贫推进。因此,配用电网的技术革新迫在眉睫。

传统交流配电网的最大弊端在于潮流不易控制,高比例分布式光伏并网的背景下潮流返送,功率和电压波动平抑无法实现,台区之间相互孤立转供困难。为此,南方电网发布了《数字电网推动构建以新能源为主体的新型电力系统白皮书》,指出:“配电网将呈现交直流混合柔性电网与微电网等多种形式协同发展态势,具备更高的灵活性与主动性”。“柔性开放”是未来配电网形态结构最主要的特征。“柔性”明确了配电网的电力电子化、供电方式直流化、潮流控制灵活化的大趋势。分布式电源的接入要依靠电力电子装置,高端变频家电也需通过电力电子装置提升家电质量和效能,电动汽车等也在广泛使用电力电子装置。通过构造低压柔性互联配电网,着力实现多台区的柔性互联,提升低压台区的分布式能源接纳能力、电压支撑能力和连续供电能力。“开放”诠释了新型配电系统的内在含义,电力网络需要形成物理开放格局,电力电子变压器、能源路由器、智能软开关等关键性能量节点需要越来越多地接入到网络中来,一方面为多元化用电需求打通接口,另一方面为能量控制、能量互联互供、新能源近端远端消纳提供设备级保障,充分发挥电力系统的内部潜力来“熨平”功率的快速波动;此外,“开放”允许爆发式增长的新型负荷和电源友好并网,既要通过柔性技术构建软隔离屏障,抑制故障和波动越级,又要通过构建标准化的新体系实现新装置、新负荷并网“即插即用”。

数字化赋能能够增强新型电力系统的感知体系,优化“柔性开放”的新型电力系统运行控制协同性,促进市场化的推进。柔性开放的配电网为新型电力系统的发展提供了形态结构的保障,分布式电源的协同消纳、电能质量综合管控、电动汽车有序快速充电、网络重构、高效运维等新型场景对于电力的算力和感知能力提出了更高的要求,数字与电网深度融合需求愈发凸显。首先,结合物联网、大数据、人工智能、北斗等关键技术,构建智能物联、高效可靠和小型节能传感物联网络,促进配电网的全面感知,逐步布局“物理-信息-社会”多层次穿透的配电网超感知测控终端,建立信息流、网络潮流、人类行为统一辨识与建模的超时空主动感知的研究新方法和新系统,支撑智能运维体系和立体防灾体系的构建。其次,形成全清洁智能配电网及集群互动技术,基于人工智能、分布式控制以及新型的信息化(5G、北斗等)技术,在柔性开放架构下,构建起大规模分布式资源参与的配电网虚拟电厂聚合互动调控体系,主配网灵活互动,中低压充分协调,元件与网络协同控制。第三,电网引领构建数字价值体系,能量不仅要可调可控,更要与“绿色经济”的价值体系对接,形成“数字-能量-碳排放”的立体价值标签,在新的价值体系下,结合博弈理论、聚合技术和区块链原理,搭建用户可以广泛参与的配网侧市场体系,形成电网-用户、绿色-经济、低碳-高效的多层次平衡与协调。

构建数字赋能的柔性开放新型配电系统,是对“双碳”和“乡村振兴”战略的有效对接,也是对民生和产业发展以及能源安全需求的积极响应。贵州电网要发挥大数据产业优势,不仅要对100%清洁能源消纳的新型电力系统主动探索,还要对接贵州产业改革及数字城市发展,与产业扶贫、绿色农业、低碳建筑、智慧交通等体系积极融合。贵州电网公司将在党中央的坚强领导下,不断增强抓好绿色低碳发展的本领,切实扛起责任,只争朝夕、努力奋斗,为我国实现碳达峰、碳中和目标,全面建设社会主义现代化国家作出新的更大贡献。

(贵州电科院)


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