分布式发电储能及微电网接入控制建设技术方案

国网江苏省电力有限公司如皋市供电分公司 王 震

1 引言

原有的网络模式为垂直式的，但智能电网出现后，特别是接入了分布式电源后，配网变成了水平网络，这就需要创新电网运行模式，因此控制、调度分布式电源及微电网显得尤为重要。

2 试点项目概况

在光伏发电方面，江苏南通地区开展了以科学电力理念为指导的光伏发电项目发展专项研究，站在了中国资源节约型与环境友好型社会建设的前沿。根据江苏南通地区社会的实际状况和我国国家能源战略实施，太阳能发电建设推动清洁新能源发展，这与开辟国际电能市场的重大政策措施、重大技术任务相契合。建设再生能源与环保工业园区为确保分布式发电、微电网和配电网的安全和谐运行，有必要研究分布式发电和微电网对配电网的影响，并根据研究成果提出合理地控制规范。

3 分布式发电储能与微电网接入控制技术研究

3.1 分布式电源接入配电自动化系统方式

江苏南通地区现有的分布式电源接入模式的设计方案如图1所示。配电自动化系统通过三区资源中心相连，再利用信息总线接收分布式供电和负荷监控信息[1]。这种接入方式可以集中于资源中心，接入设计易于实现，成本低。此外，这一方案进一步提高了微网管理操作的便捷性、灵活性及系统结构清晰性，配电智能化控制系统管理复杂性得到有效控制。

图1 分布式电源接入模式示意图

3.2 配电自动化接入微网应用功能

结合江苏南通地区能源与环保园区光伏发电站、充换电站等储能电站及其分布式网络供电和储能微网的建设情况，逐步提高配电网对分布式计算电源和微网的接入能力与控制能力。布置式供电/微电网在接入配电网主站后，根据主站的具体使用情况，可按照研究与实际状况，开展以下功能建设与关键技术研发。

3.2.1 分布式电源/微电网接入监控

根据分布式发电的特点，按照国家标准进行建模。分布式电源建模可以和配电网络模型相结合，从而真正地实现分布式网络供电和多种类配电网络的整合。分布式电源SCADA系统在城市供电网的规划层、分布式电源管理层和自主管理级三个层面，有效实现了综合控制。同时，分布式电源是一种可受单独控制的单位，因此在配网时，为了确保经济性以及安全性，在设计方面采用该种电源方式更方便。当其接受调度令后，进行有效的控制，如调度、故障时切换，等等。同时，还需要完善监测工作，对供电经济性进行分析处理。分布式电源这种创新的供电以及技术方式，比传统系统更“干净”，可减少电网的耗损，并且投资小，在供电时可靠性也更高[2]。

3.2.2 分布式电源/微网综合展示

在分布式网络结构下供电，为了确保供电的品质，因此在每一处供电的关键点，如上层供电、输出回路等，均将电能品质的检测仪安装上，这样操作的目的在于全面检测回路中的供电情况，在画面上就可以显示这些关键点的电能质量。同时，可以将所收集的数据制作成曲线图，供使用者一目了然。如发电量曲线、持续水力发电时间曲线、二氧化碳减排率曲线等，绘制分布式供电接入电网后的电气示意图，动态呈现分布式电源与微型供电系统间的水力发电过程与潮流，并直观呈现微型供电系统与主配电网之间的潮流分布。显示出分布式电源实时工作数据，监控分布式电源工作状态，继而得到光伏电站外观及分布式电源相关数据。

3.2.3 含分布式电源及微网的协调控制

利用本项目观察各布置式电源的发电与工作状态，通过智能设定负荷功耗，确定负荷与供电特性，并结合工作调整策略，完成了各布置式电源系统之间发电与储能状态附加优化管理，平衡内部供电与微电网中的负载。对每个建设项目的主要技术经济指标均作出客观评估，需要通过系统控制方式，实现供电、微网与主配网之间传输，并对运行方式进行调度。通过数据分析完成决策，协助调度员工作。微电网并网运行期间，会按照各负荷的供电状况调整其分布式供电出力，以达到微电网的稳定安全运营的目的。

3.3 数据传输方式

由于光伏电站本地监控系统的数据位于III区，需要通过反向隔离装置传到I区。

3.4 光纤系统信息通信

相比其他通信技术，光纤通信的优点有以下几点：一是具有较宽的传输频带，能够实现大容量通信；二是传输过程中产生的损耗较低，能够在远距离传输中推广使用；三是体积小、重量低、抗风能力强、易于堆放；四是具有较好的私密性，不会出现信号泄漏的情况，不会产生串扰；五是耐腐蚀、耐酸碱，光缆可直接敷设于地下。

目前，商用计算机中多应用应用层协定，无法满足工业生产过程控制领域现场设备间以太网需求，所以需要在标准以太网与TCP/IP协定的基础上，构建网络业务模式，建立健全以太网业务机制，配合工业生产现场系统中实时信号、非实时信号传送，建立被普遍认可的应用层协定，即工业以太网协定。目前提出的工业以太网协定包括MODBUS/TCP、ProfiNet、Ethernet/IP、HSE等[3]。

4 分布式发电/储能及微电网接入控制建设技术方案的实现

4.1 接入控制系统

只有接入了控制系统后，系统才能正常工作，所以为了确保分布式发电能以及主网、微电间的运行是更加流畅协调的，需要做好各项监控工作，监测实时数据，将数据记录与历史、环境数据进行比对，明确电网的实际运行情况，再根据这些数据拟定针对的控制方法。采用分布式发电接入控制的系统，监视多种网络的运行并接收各微电网的控制系统信息。这样操作的目的在于可以拟定具有针对性的控制管理对策，同时可以下达工作命令。

4.1.1 分布式发电/储能及微电网监控内容

接收微电网控制系统上传的分布式发电/储能及微电网状态数据，可以利用电气接线图监视分布式发电/储能及微电网运行情况。系统控制主要包括手动控制和自动控制两部分，手动控制指的是通过手动操作分布式发电/储能及微电网的接入开关；自动控制指的是落实预先确定的控制策略。

4.1.2 高级应用功能

一是分布式发电/微电网出力控制：结合当前微电网的控制系统，同时使用联络线的功率控制功能，并且采用下达式的微电网，绘制微电网的控制系统功率，有效控制电网的实际情况。二是分布式发电/微电网发电预测：为了更好的调度分布式发电/微电网，可以根据自然资源情况和微电网控制系统的信息，合理预测分布式发电/微电网发电出力。三是分布式发电/微电网智能优化调度：分布式发电/微电网启停和出力直接关系到主网电压，系统可以结合分布式发电/储能及微电网运行情况，开展智能化优化调度。

4.2 运行控制系统

4.2.1 微网运行控制

因微电网运行方式具有可变性特征，控制模式也具备多变性，因此增加了微电网控制技术的复杂性，需要研究控制技术，促进微电网发展。微网运行控制器结合转台数据和历史数据，通过控制策略计算之后可以确定各执行设备的具体控制量。并且利用微网通讯控制器向执行结构下发，微网通讯控制器向配件向配电主站输送状态信息。

充分发挥微电网的运行以及控制功能，可以使用控制器的同时，将各发电单元融合在一起，通过协调控制系统再进行分布式的发电工作。这样操作可较大提高电压的稳定性，且频率的稳定性也能得到控制。

4.2.2 微网保护

微网保护体系具有较大的差异性，在不同情况下短路电路流向、大小具有较大的差异性，结合微网的运行，对外部配电的保护工作进行协调处理，建立起相关的控制策略，同时做好事故灾变的处理工作。在微网中接入分布式电源和储能装置支护，可以改变配电系统故障特征，故障后电气量变化非常复杂，将会影响到传统故障检测方法，不利于精确定位故障发生问题。微网的运用方式有两种，一种是独立运行，而另一种则是并网运行模式，对微网内、外部的故障可以有效片。如果发生了配电系统的问题则可实现有效的独立运行，并且可确保微网、主网间运行的可靠性，把故障元件切除即可达到修复的目的。在并网运行时，如果微网有故障发生，则需要将故障设备切除，有效提升微网系统在运行时的安全以及稳定性。

5 效益评估

5.1 经济效益

5.1.1 可再生能源发电经济效益分析

并网光伏发电可以为当地用户提供充足的电力，节省传统的一次能源消耗，改善用户的能源消费模式。最初投入和产出不成比例，但随着技术改进，风能和太阳能储能设备的成本将迅速下降，产出迅速平衡。

5.1.2 提高用户供电的可靠性

原供电线路一次网络结构与设备配置不合理，通过网络和一次设备改造，线路形成“多段供电”的结构和支线，增加了保护功能。如发生故障时，线路开关不再直接跳出，大大缩小了停电范围。同时，多段、交叉口的转换使线路可以实现负荷转移，对提高用户供电的可靠性有很大的好处。

5.1.3 智能电网技术应用示范效果分析

通过该项目的实施，江苏南通地区的电网积累了智能电网建设经验，特别是微电网分布式发电接入和运营领域的技术，为智能电网的全面落地奠定了技术基础。

5.2 企业发展

电力以及能源的供需是呈矛盾的，其中最明显的表现是峰谷差距在不断增加，系统装机的容量无法满足最高负荷的需求。因为电力设施建设需要和用电高峰相适应才可，但由于这一谷值不断增加，负荷会快速下降，这就说明了低谷期设备对于电力公司而言是处在一种休闲的状态下。因此，在资源保护、建设成本等方面，如果只想通过增加设备来满足用电需求，显得是行不通的[4]。

分布式电源及储能系统的接入，有着较大的企业效益，主要表现在以下三个方面：一是节约电网建设投资。合理接入分布式供电和储能[5]，可以降低尖峰时间配电系统对电网容量的要求。在计划中，供电企业将分布式容量工程列入输配电建设项目计划范畴，减少相应的输配电项目投入，优化电力公司投资管理。二是减少线路损耗。由于分布式电源和与之配套的储能系统配置在负载附近，因此输电时的功率损耗小于长距离输电相同功率时的功率损耗。三是通过五大系统的接入和控制，让江苏电网在风电、光伏系统和储能接入的运营管理方面获得了实战经验，积累了微电网的经验。由于生产风力发电+光伏发电+储能相结合的应用，加上定期组织技术培训，也推动了微电网与风能和太阳能储能的结合。

综上，微电网为智能电网提供了一定的支撑，要想实现规模化必须要加强规范性，而且分布式电源的价格也要有合适的价格发展空间。同时，大电网交互时需要提出优化策略，具有一定的自我保护能力，由此便可认定分布式电源今后发展方向，包容性、灵活性、个性化、经济性和自主性将进一步提升。