CESTE2024|| 国网电科院唐成虹:微电网运行控制关键技术及应用

发布时间:2024-09-04 09:09    来源:中国储能网   关键词:

据能源圈了解到,8月24-26日,由深圳市发展和改革委员会指导,中国化学与物理电源行业协会与南方科技大学碳中和能源研究院联合主办,100余家机构共同支持的碳中和能源高峰论坛暨第三届中国国际新型储能技术及工程应用大会与新型储能技术青年科学家论坛在深圳召开。此次大会主题是“开拓新质生产力,推动储能产业高质量发展”。

大会主办方邀请6位院士及100位行业专家分别从新型储能系统集成解决方案、长时储能技术及应用、虚拟电厂、工商业储能专场、新型储能电池、新型储能与电力市场、智能微电网、储能标准宣贯、新型储能技术青年科学家论坛等12个专场进行充分讨论交流。

来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的500余家产业链企业,1012位嘉宾参加了本届大会,其中21家企业展示了储能产品解决方案,在线观众超过4万余人观看了开幕盛况。

本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会和能源圈、数字储能网联合承办,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会专家委员会提供学术支持!

8月25日下午,国网电力科学研究院(南瑞集团)有限公司研究员级高级工程师、资深专家唐成虹受邀在“智能微电网专场”分享主题报告,报告题目《微电网运行控制关键技术及应用》。

唐成虹:大家下午好!我是国网电力研究院的资深专家。

我今天的报告分为四个部分:首先介绍微电网的概念,微电网我们称为是发配用一体的小型电网。组成微电网的元素,发电设备一般是可再生的能源,包括分布式光伏、风机。还有一些储能装置,能量转换、监控和保护装置、负荷等,由这些元素共同组成了微电网。

微电网的特征有微型化、自平衡、清洁性、高效性。其他几个比较好理解,自平衡什么意思呢?就是在微电网内部可以达到能量的自给自足,能达到功率和能量的自平衡,这也是微电网很重要的特点。

接下来我们要介绍一下建设微电网的意义,微电网一个很重要的特点就是既可以接入电网,叫做并网运行,也可以在故障情况下脱离电网独立运行,微电网是一个可以达到自治的系统。

建设微电网最主要的意义就是微电网可以促进可再生能源的就地吸纳,提高供电可靠性,在这两方面有非常独特的优势,也就是我们建设微电网的意义。

接下来我们介绍第二部分,就是微电网典型场景,我们为什么要建设微电网,微电网有哪几种应用场景,我们这里面总结出五种比较典型的场景:第一个是园区型微电网,比如我们在深圳自贸区等园区,这些比较重要的园区,我们可以建立一些园区的微电网,园区微电网主要目标就是低碳环保,以及保障整个园区可靠的供电,这是我们建设园区微电网的典型场景。第二种场景就是智能楼宇微电网,这是一种低压楼宇的微电网,它的目标主要是实现微电网的经济运行,实现节能的目标。第三个是台区型微电网,这个一般是针对农村台区,随着一些扶贫光伏大量接入农网,农网存在就地消纳的问题,在光伏白天大发的时候会出现过电压,在晚上远端会出现低电压,在台区建设微电网可以提高电能质量,提高供电可靠性。

还有一些比较典型的微电网应用场景,一个是海岛型微电网,我们国家有很多深海的岛屿,这些岛屿供电非常紧张,有些是通过海底电缆过去,有些在很远的海岛是柴发供电。在这些地区建设微电网,可以有效解决海岛地区微电网供电紧张的问题。还有一些离网型微电网,比如我们在云贵西藏等偏远地区、山区、草原,一些很少几户的牧民等等,在这种地方,我们可以在这种地方因地制宜建设微电网,这是离网型微电网,解决偏远地区供电紧张的问题。

因为今天主要介绍微电网运行的关键技术,接下来我介绍一下微电网运行的关键技术。这里的关键技术,我们针对的场景是随着新型电力系统发展,未来大规模微电网接入电网的电压等级会逐步提高。所以我们今天来探讨的关键技术主要针对10千伏及以上,包括35千伏或者更高电压等级微电网接入,目前还存在一些技术挑战,还有相关的一些问题。

这里总结了几点:一个是存在的技术挑战,微电网主要是新能源为主,区别大电网,大电网是同步电网,一般是同步发电机作为支撑,所以它的稳定性、惯性都比较强。微电网主要是新能源为主,新能源的特点就是,比如光伏会随着辐照度波动,风机会随着风速的波动,这样就导致它遇到故障的话稳定性会存在挑战。另外微电网不仅并网运行,也能离网运行,并离网切换的时候,模式控制如何保证不停电的切换,也存在一些技术问题。还有源荷不确定性导致的控制问题。还有建设成本的问题,还有如何提高投资回报率等问题。还有标准和规范缺失,缺乏顶层设计和规划引领,缺乏统一的接口规范和技术标准,相关标准和规程缺失。另外运营模式和市场机制尚不健全,缺乏可持续的商业模式、缺乏成熟的运营模式等。

针对上面的技术问题,我们有七大关键技术:一是微电网的设计和规划的技术,我们一般常说建设要规划先行,我们微电网的规划也是很重要的顶层设计的环节,它主要的目标是要遵循因地制宜,首先做好风光资源的评估,因为它的目标是最大化地消纳可再生能源,所以它就是以最大化消纳为目标,并且兼顾设计的原则,比如灵活性、经济性、可靠性。还要兼顾建设周期、维护成本等,通过这些多维的因素,来构建实用可靠的微电网规划设计体系,是我们首要的关键技术。

第二个就是分布式电源和储能变流器的构网控制技术,微电网离网状态是新能源为主,如何提高它的支撑能力,目前很多学者都在研究构网控制技术,使新能源模拟电网的特性,实现频率电压的主动支撑,这对于微电网的稳定运行是具有重要意义的。

第三个是自适应的故障隔离和保护技术,针对微电网在并网和离网不同状态的保护电流差异大的问题,如何解决这个问题?我们提出了自适应的故障隔离和保护技术,也就是它可以自动检测微电网的并网和离网运行状态,根据运行状态自动调整保护定值,实现保护元件的配合,这样解决微电网在并网和离网保护特性差异大的问题。

第四个关键技术就是源荷预测和安全分析技术。功率预测是评估新能源的发电计划要的关键环节,我们一方面结合气象因素,对新能源进行预测,另外就是通过高精度的源荷预测实现安全分析,它是安全分析控制的基础,分析微电网的安全运行边界,实现异常状态下的预警,实现微电网的安全运行。

第五个是微电网并离网不停电切换的技术,并离网切换过程中,在并网的时候电网作为主力电源,离网状态下又是新能源为主力电源,切换过程中,如何实现不停电的平滑切换,这也是很关键的技术,也是一个技术挑战,我们通过研究,在离网转并网过程中,可以采用同期合闸技术避免冲击。在并网转离网过程中,可以通过自平衡控制技术,保障微电网的稳定运行,从而实现并离网的不停电切换。

第六个是关于微电网经济运行和能量管理技术,微电网主要目标是经济运行,如何实现经济运行?我们可以建立微电网经济运行的数学模型,通过优化调整目标和参数,比如来分阶段实现求解最优解,通过这种方式制订经济运行的目标。另外在这个基础之上,基于鲁棒优化的能量管理策略,提高微电网运行的经济性。

第七是交易机制方面,制订面向绿证市场的多元交易机制,充分考虑碳市场的影响,建设面向绿证市场的多元交易机制,也可以通过基于区块链等先进技术,来进一步完善微电网的商业模式。

最后介绍一下我们做过的微电网应用案例,我们也是针对这几个典型应用场景方面:一是海岛型微电网项目,做过一些浙江、江苏等海岛型微电网,它的特点是充分利用海岛丰富的风光和海洋资源,聚焦解决波动性和间歇性,解决海岛供电难的问题。

第二类是偏远地区离网微电网,我们针对青海西藏等偏远地区,来建设离网型微电网,解决偏远地区缺电的问题。

第三类农网台区微电网项目,在内蒙、江苏等地高比例分布式光伏台区,通过柔性互联,解决“白天电压越上限”的问题。

第四个是绿色园区微电网项目,主要致力于绿色环保、节能、高效,来提升供电的可靠性。

第五个就是智能楼宇微电网,包括中央CBD,融合屋顶光伏,中央空调。蓄冷蓄热等,实现微电网经济运行,达到低碳环保的目标。

今天微电网我就跟大家分享到这里,感谢各位专家!

资讯来源:中国储能网

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