智能电网中分布式光伏发电的应用研究

摘 要 面对电力系统不能满足社会对电力能源和供电可靠性日益增长的需求的问题，具有自愈、清洁、经济等优点的智能电网已成为电力发展的重要趋势。本文介绍了智能电网的概念，特点和结构，提出了智能电网中分布式光伏发电的几个关键技术问题，并对每个问题进行了深入探讨，从而指出了智能电网的未来发展。

关键词 智能电网;分布式光伏发电;应用研究

引言

在近一个世纪的时间里，电力系统已经发展成为一个集中发电和远距离传输的大型网络系统。当前，在能源，环境，经济和政治等诸多因素的推动下，未来几十年全球电力系统将发生深刻的变革。发达国家和发展中国家的传统电力系统都面临着前所未有的挑战：①用于传统火力发电的煤和石油等化石燃料用尽，人们必须开发新的可再生能源来满足不断增长的电力需求;②温室气体排放引起的气候变化问题迫使传统的发电方式向清洁，环保的方向发展;③高度互联的电力系统结构和设备老化问题不容忽视，局部小故障范围内发生的任何事情都可能迅速传播并影响整个电网，近年来频繁发生停电事故，充分暴露了电力系统的脆弱性;④电子设备的广泛应用使电力用户对电能质量，可靠性和经济性提出了越来越高的要求。

在如此严峻的形势下，如何确保可靠，安全，环保，高效，灵活的电力系统已成为21世纪最引人注目的难题和挑战。为了解决这个问题，几年前，欧盟提出了“智能电网”的概念，然后推动了智能电网的研究与发展：智能电网技术是确保欧洲电网电力技术质量和发展方向的关键。IBM与全球电力研究机构和电力企业合作开发“智能电网”解决方案。现在，中国的电力行业也开始关注智能电网（也称为“交互式电网”）的发展：2007年10月，华东电网有限公司启动了智能电网可行性研究项目，并有望到2030年完成华东电网的建设。但是，当前的电力系统还远未达到未来的智能电网。在现阶段，进一步定义智能电网，探索，研究和解决智能电网实现过程中的各种技术问题，对于不断完善当前电网功能和逐步实现智能电网具有重要意义。

1智能电网的概念与结构

当前，由于不同国家根据国情对智能电网有不同的需求和考虑，因此，对智能电网还没有一个统一而清晰的定义。广义上讲，智能电网可以优先考虑清洁能源的智能调度系统，可以动态定价的智能计量系统以及可以通过调整发电和电气设备的功率来优化负载平衡的智能技术系统。图1显示了未来智能电网的基本结构。电能不仅从集中式发电厂流向输电电网，配电网和用户，而且还扩散到电网中各种形式的新能源和清洁能源中：太阳能、风能、燃料电池、电动汽车等。此外，高速双向通信系统实现了控制中心与电网设备之间的信息交互，先进的分析工具和决策系统确保了智能电网的安全，稳定和优化运行[1]。

通过分析和比较欧美国家对智能电网的定义，可以总结出智能电网的五个关键特征。自愈：实时掌握电网的运行状态，预测电网的运行趋势，及时发现快速诊断隐患，防止故障发生;当故障发生时，它可以快速隔离故障，并在没有人工干预的情况下恢复自身，从而避免大规模停电的发生。兼容性：电网可同时适应集中发电和分布式发电两种方式，实现与负荷侧的互动，支持接入各种清洁，绿色和可再生能源，满足电网与自然环境的和谐发展。优化：优化资产规划，建设，运营和维护等，提高资产的利用效率，降低运营，维护和投资成本。交互：实现与用户的智能交互，有效进行电力交易，实现资源的优化分配，提供最佳的电能质量和供电可靠性。集成：实现监控，控制，保护，維护，调度，电力市场管理等数字信息系统的全面集成，形成完善的辅助决策系统。研究人员发现，智能电网相对于当前电力系统的优势在于：①具有早期发现电网问题并采取纠正措施的能力;②接受更多的数据和信息并做出回应;③系统的快速恢复能力;④快速适应电网变化，进行拓扑重构;⑤为操作人员提供先进的视觉辅助系统。

2分布式能源的智能管理系统

分布式能源是指安装在用户端的综合能源利用系统，主要包括分布式电源和分布式能源存储系统，以及负荷侧能源管理系统和热电联产系统。其中，分布式电源的形式包括风力发电，光伏发电，微型燃气轮机和小型水力发电等，而分布式储能系统包括燃料电池和蓄电池等。在丹麦，芬兰和挪威等北欧国家，分布式发电的现有装机容量已超过其总装机容量的30%。可以预见，在不久的将来，分布式能源将进入数百万个家庭。

但是，当整合大量的分布式能源时，电网的结构，能源形式，潮流，信息交换和控制方式变得更加复杂。因此，可以从以下几个方面研究由分布能量引起的问题。

分布式能源运行管理优化。一方面，风能，光伏发电等分布式电源具有间歇性的能源特性，因此有必要通过实时，准确的发电量和负荷预测来优化分布式电源的调度和管理，以达到确保电网安全稳定运行，提高供电可靠性。另一方面，通过分布式储能装置，保持发电量和电网负荷的动态平衡，除了大容量的电池储能装置外，大量的混合动力汽车电池也将是重要的分布式储能的形式以及一种新型的负载，它可以用作能量存储设备来补偿峰值功率负载中的电量，并且在负载较低时可以吸收和存储电量，因此汽车电池数量的监控和调度管理将是分布式能源管理的重要内容。

分布式能源准入标准和规划方案。基于现有的分布式电源访问标准IEEE1547系列，考虑到并网的不同类型，容量和数量的影响，对相关标准进行了改进和补充。同时，由于低压配电网，大量的分布式能源接入网格结构不再由垂直辐射的发电，传输和分配，而是类似于互联网信息传输模式，能量双向新布局的定向流向，因此必须合理规划和设计分布式电源的类型，安装位置和容量等，有效地发挥分布式能源的作用，提高电源的可靠性。

新的保护方法和技术。由于接入大量的分布式能源和潮流的双向流动，继电保护的工作原理和操作逻辑变得更加复杂，传统的故障检测方法和保护原理将不再满足要求。因此，有必要对现有的保护系统进行改造，以适应变化，并在电网发生故障或故障时实现灵活的网络拓扑重构，将故障影响范围限制在最小，并快速恢复供电[2]。

3光伏发电工作原理

光伏阵列转换产生的电能与接收到的光强度有关。光强度随着季节和时刻的变化而变化，因此光伏发电的输出功率不是恒定的。考虑到光伏发电系统的蓄电池容量不是很大，逆变器直接发光后，变压损失到电网，并在深夜，由于价格低廉，对光伏发电系统进行充电，直到高峰负荷，价格较高，用户可以获得收益，可以缓解电网压力。

4结束语

将分布式光伏发电系统集成到智能电网中，可以起到降低系统峰值负荷的作用，对于电网的安全运行和能源的充分利用具有重要作用。为低压配电网提升电压，减缓降压效果;系统重载线路的负载率降低，并且系统的电压稳定性不受威胁。当然，将分布式光伏发电系统集成到智能电网中也会带来一些需要解决的负面问题。

参考文献

[1] 盛万兴，吴鸣，季宇，等.分布式可再生能源发电集群并网消纳关键技术及工程实践[J].中国电机工程学报，2019，39（8）：2175-2186，1.

[2] 肖湘宁.新一代电网中多源多变换复杂交直流系统的基础问题[J].电工技术学报，2020，30（15）：1-14.

作者简介

方尚兵（1987-），男，湖北监利人;毕业院校：三峡大学，专业：电力系统自动化、行政管理，学历：本科双学位，职称：工程师，现就职单位：国家电投集团广西电力有限公司，研究方向：新能源项目开发，综合智慧能源项目开发工作。