新型配电网技术

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智能配电网(SDG)
智能配电网的概念： 智能配网系统是利用现代电子技术、通讯技术、计算机 及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和 用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，实现配电系 统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电 管理的智能化。 智能配网系统配用电自动化系统由主站、通信系统、自 动化监控终端设备三大部分构成，形成一个完整的信息传输 与处理系统，实现对配电网运行的远程管理。对于智能配网 系统来说，三大部分中通信系统是实现数据传输的关键和核 心，通信系统将主站的控制命令准确地传送到众多的远方终 端，且将远方设备运行状况的数据信息收集到控制中心。智 能配网通信系统可由多种通信方式组成，主要采用光纤和电 力载波通信方式。
智能配电网的特征
• 智能配网（ SDG ）的目标是确保电网运行的经济性、环保、稳 定、可靠以及安全，现代科技的应用是智能配网最重视的。就 传统的配电网相比 ,SDG具有以下功能特征： • 1)自己我修复功能; • 2)具有更高的安全性; • 3)能够提供更高的电能质量; • 4)支持DER的大量接入; • 5)支持与用户互动; • 6)对配电网及其设备进行可视化管理; • 7)更高的资产利用率; • 8)配电管理与用电管理的信息化。 正是这些特征才让人们对智能配网进行不断地研究和分析，人 们也逐渐地认识到智能配网对于电网的建设和完善所起到的促进 作用，更好地满足了人们的用电需求。
以上我们介绍了传统 配电网、智能配电网、 主动配电网、柔性配 电网。然而三种新型 的配电网与传统配电 网相比有哪些优点呢？ 右图一一列出
随着电力事业的不断 向前发展，电力体制 改革的不断深化，同 样也衍生出了各种如 增量配电、售电侧改 革、电力辅助服务市 场等新兴市场，那么， 这里所说的增量配电 又是怎样一种情况呢?
柔性配电网的优势
• 与传统配电网相比，柔性配电网优势在于： • 1)正常运行方面，FDN能较好地均衡馈线以及变电站主 变的负载，安全裕度更高。 • 2)安全性方面，由于柔性开关在多回馈线间具有连续负 荷分配能力，能充分利用网络相互支持，安全性更高。 • 3)供电能力方面，FDN不仅会提升TSC，并且TSC能在各 种负荷分布下达到，在实际中容易实现。 柔性化是配电网发展的一个重要趋势，FDN概念会带来很 多令人感兴趣的课题，如柔性化程度如何衡量、如何确定 合理的柔性度。后续研究还将提高计算精度，计及损耗和 FSS无功输出的独立性，并考虑DG、储能、用户响应等因 素，研究FDN对消纳间歇性DG的作用。
直流配电网优势
• • • 直流配电网技术特点 1.直流配电网的线路损耗小。考虑交流电缆金属护套涡流造成的有功损耗和交流系统的无功 损耗，当直流系统线电压为交流系统的2倍时，直流配电网的线损仅为交流网络的15%到50%。 虽然交流系统可通过无功补偿等措施来降低线损，但这将大大增加系统的建设成本和复杂性。 2.直流配电网供电可靠性高。交流配电一般采用三相四线或五线制，而直流配电只有正负两 极，两根输电线路即可，线路的可靠性比相同电压等级的交流线路要高。当直流配电系统发 生一级故障时，另一级可与大地构成回路，不会影响整个系统的功率传输。 3.不涉及相位、频率控制，和无功功率及交流充电电流等问题。交流系统运行时需要控制电 压幅值、频率和相位，而直流系统则只需要控制电压幅值，不用涉及频率稳定性问题，没有 因无功功率引起的网络损耗，也没有因集肤效应产生的损耗等问题。此外，配电网采用电缆 线路己经成为趋势。但电缆沿线电容大，因此，传送交流电时会产生很大的电容充电电流， 既降低了线路输电容量，也增加了线路损耗。而采用直流供电，上述问题都可以避免。 4.直流配电网便于分布式电源、储能装置等接入。未来的配电网应能够兼容风能、太阳能等 大规模的分布式电源并网。光伏电池等发出的是一种随机波动的直流电，需要DC/DC, DC/AC 换流器，并配置适当的储能装置和复杂的控制系统等才能实现交流并网;风电等则是一种随机 波动的交流电，同样需要AC/DC/AC换流器，并配置适当的储能装置和复杂的控制系统才能实 现交流并网;各种储能装置，如蓄电池、超级电容器、作为分布式储能单元的电动汽车充电站 等，本身就是以直流电形式工作，需要双向DC/AC接入交流电网。而在直流配电网情况下， 实现分布式电源并网发电及储能等接口设备与控制技术要相对简单得多。 5.具有环保优势。直流线路的“空间电荷效应”使电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小，产 生的电磁辐射也小，具有环保优势。
新型配电网技术
配电网的种类
• • • • • • 传统配电网（PDN） 直流配电网 智能配电网（SDG） 主动配电网（ADN） 柔性配电网（FDN） 增量配电网
一、配电网的特点
• 配电网的概念：配电网是从输电网或地区发电厂接受电能. 通过配电设施就地或逐级分配给用户的电力网。 • 配电网的特点： • 1.配电网在电力网中起着分配电能的重要作用，不单如此， 规模大、结构复杂、点多面广也是它的重要特征。 • 2.信息系统与物理系统高度融合。这里的融合主要指二次 系统与一次系统融合度高。 • 3.双向能源流、双向信息流的融合。配电网属于电源和负 荷高度融合的新型电力系统，所以必须适应分布式电源高 渗透接入及用电需求多元化的趋势。能源流、信息流在任 意节点上都存在双向流动。
主动配电网面临的障碍 将原有配电网改造成为具有以上优势的主动配电网，目前还面临着以 下障碍：一是原有配电网可观测性不足，可控性较差;二是分布式电源 接入能力不能定量，分布式电源报装过程随机性强;三是原有配电网可 靠性提升大部分依赖设备质量的提升;四是配电网电能品质提升困难;五 是分布式电源、多样性负荷等可控资源的挖掘与利用不足。 总之，未来仍需研究能够实现主动规划、感知、管理、控制与服务的 装置和系统，更好地解决主动配电网的新问题和现有配电网的老问题， 实现主动配电网的运行目标，提升配电网电能品质，提高清洁能源的 消纳能力，为用户提供更加优质的电力服务。
主动配电网(ADN)
• 主动配电网(ADN)是一个内部具有分布式能源 (DER，Distributed Energy Resource)，具有主动 控制和运行能力的配电网。这里所说的分布式 能源，包括各种形式的连接到配电网中的各种 分布式发电、分布式储能、电动汽车充换电设 施和需求响应资源，即可控负荷。 • 主动配电网的核心是对分布式可再生能源从被 动消纳到主动引导与主动利用。通过这一技术 可以把配电网从传统的被动型用电网转变成可 以根据电网的实际运行状态进行主动调节、参 与电网运行与控制的主动配电网。
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DC较AC配电系统的结构优势
• 1.使得电力电子通信设备、照明负荷等直流用电设备直接或通 过一级DC/DC就可接入直流母线，省去了AC/DC环节。 • 2.如果选定合适的直流母线电压等级，光伏电池等直流分布式 电源就可直接接入母线，而不必通过大量复杂的DC/AC逆变等 装置。而对于风力发电等交流分布式电源则也只需一级较为简 单的整流环节，再通过DC/DC转换成给定的直流电压即可。 • 3.可在直流母线处引入大容量的蓄电池组和超级电容器作为系 统备用，一方面可作为电动汽车的动力电池，另一方面也可从 一定程度上提高配电系统自身的可靠性。 • 通过比较这两种不同形式的配电系统，很容易发现直流配电系 统省去了大量分散的整流器(AC/DC)和并网逆变器(DC/AC)，简化 了配网结构，提高了系统效率和可靠性，并大大降低了成本。 使得以太阳能和风机为代表的可再生能源并网变得更便捷和经 济，并为今后LED照明和电动汽车的发展奠定了良好的基础。
直流配电网
• • 直流配电网是相对于交流配电网而言的，其提供给负荷的是直流母线，直流负荷可以直接由 直流母线供电，而交流负荷需要经过逆变设备后供电，如果负荷中直流负荷比例较大，直流 配电将会有较大优势。直流配电网线损小，可靠性高、无需相频控制、接纳分布式电源能力 强。 20世纪70年代世界范围内的能源危机爆发后，环境污染、能源短缺等问题受到了全世界各国 的普遍关注，分布式电源凭借着负荷变动灵活、供电可靠性高、输电损失小以及便于可再生 能源应用等诸多优势，在国内外受到越来越多的关注。这些分布式电源的发展对直流配电系 统的发展起着巨大推动作用。分布式电源的接入使得传统的配电系统由单一的供电形式，扩 展出了发电的功能。典型的分布式电源主要有直流发电的光伏电池和交流发电的风机等，光 伏发电产生的是直流电，由于其存在波动性，一般要经过DC/DC和DC/AC两级变换器才能并入 传统的交流配电网；而风力机虽然是以交流形式产生电能，和光伏电池类似，产生的交流电 通常也不稳定，一般需要经过AC/DC和DC/AC两级变换器才能并入交流配电网。倘若这些分布 式电源直接接入直流配电网，则可以省略上述的DC/AC逆变环节，不仅减小了成本、还降低 了损耗 另外家用旋转电器如：空调、冰箱、洗衣机等都应用了电力电子变频技术，在交流配电网中， 这些电器需要经过AC/DC/AC两级变换才能达到变频。而对于直流配电网来说，则只需进行 DC/AC转换，从而省略了ACIDC整流环节，降低变换器损耗的同时还减小了成本。 2000年，美国通用电气照明Weizhong Tang和威斯康辛大学麦迪逊分校电子与计算机工程学院 的sseter研究了没有中央控制单元的工业低压直流配电系统。 2004年，日本东京工业大学等机构就提出了基于直流微电网的配电系统构想，并实现了一套 10kW直流配电系统样机。2007年，日本大阪大学提出了一种低压双极型结构的直流配电系统， 并对其基础特性进行了研究。2010年对适用于居民住宅的直流配电系统损耗进行了评估，并 与交流系统做了比较。
传统配电网（PDN）
• 传统的配电网其实就是被动的配电网，我国过去电网的发展是 以安全供电为重心的，其运行、控制和管理模式都是被动的。 由大型发电厂生产的电力，流经输电网(高压)，通过配电网送 到用户，因此中低压(LV)配电网即为电力系统的“被动”负荷， 因此配电网可以称之为被动配电网(PDN)。即使采用配电自动化， 尤其是在中国，其核心控制思路仍然是被动的，即在无故障的 情况下，一般不会进行自动控制的操作。 • 配电网存在网架结构薄弱、配电自动化覆盖率低、配电设备运 行不经济等问题。 • 为了解决这些问题，也为了我国配电网领域能够不断发展创新， 传统的配电网开始了改革之路。 • 近年来，新能源、电动汽车等快速发展，都对配电网规划建设 和运营管理提出了新要求，由此也就衍生出了，智能配电网 (SDG)、主动配电网(ADN)与柔性配电网(FDN)等新兴概念。