智能電網(wǎng)建設(shè)并入清潔能源的幾種技術(shù)

全球能源緊張、氣候變化莫測(cè)、環(huán)境污染嚴(yán)重，這些問題都是21世紀(jì)人類必須面臨的重大挑戰(zhàn)，目前全世界有80%以上的能源消費(fèi)依賴煤炭、石油、天然氣等化石能源，大量溫室氣體的排放對(duì)地球生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，人類可持續(xù)發(fā)展面臨巨大威脅。發(fā)展清潔能源已經(jīng)成為全球性研究課題，從目前格局和未來發(fā)展規(guī)劃來看，發(fā)展清潔能源不僅能夠改善能源結(jié)構(gòu)、提高清潔能源在能源消費(fèi)中的比例，還能最終實(shí)現(xiàn)能源多樣化發(fā)展，從根本上解決能源總量與使用要求和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的矛盾。為此有研究人員提出將清潔能源并入電網(wǎng)建設(shè)，使其利用范圍逐漸擴(kuò)大，但是由于清潔能源具有不穩(wěn)定性，大規(guī)模并入國家電網(wǎng)，可能會(huì)給供電系統(tǒng)穩(wěn)定造成一定程度影響，智能電網(wǎng)具有高級(jí)傳感、通信和自動(dòng)控制技術(shù)，如果我們?cè)谥悄茈娋W(wǎng)建設(shè)的同時(shí)并入清潔能源，就能夠?qū)η鍧嵞茉床环€(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，就能夠?qū)崿F(xiàn)清潔能源穩(wěn)定發(fā)展目標(biāo)。

1.清潔能源并網(wǎng)控制技術(shù) 1.1電力電子控制技術(shù)

電力電子變換器在清潔能源與智能電網(wǎng)連接中起到關(guān)鍵性作用，變換器具有響應(yīng)速度快、慣性小、過流能力弱等特點(diǎn)，能夠促進(jìn)對(duì)清潔能源的智能控制，例如對(duì)清潔能源產(chǎn)生電壓頻率進(jìn)行控制、對(duì)清潔能源有功無功功率進(jìn)行指定控制等?；陔娏﹄娮蛹夹g(shù)運(yùn)用基礎(chǔ)，在能源可調(diào)度配置上還可以運(yùn)用有功無功潮流控制方法，采用不同控制模塊，對(duì)有功和無功進(jìn)行分類控制，在此基礎(chǔ)上再加入頻率恢復(fù)算法，能夠?qū)崿F(xiàn)提高頻率質(zhì)量目標(biāo)。另外對(duì)于并網(wǎng)發(fā)電單元對(duì)無功的不同需求，可以采用基于電壓下垂特性、電壓調(diào)整策略以及潮流因子校正三種控制方法。

1.2多代理系統(tǒng)控制技術(shù)

在清潔能源中太陽能源和風(fēng)能在時(shí)間和地域上具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，其互補(bǔ)混合供電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)建獨(dú)立供電系統(tǒng)的目標(biāo)，采用多代理系統(tǒng)控制技術(shù)，對(duì)太陽能和風(fēng)能利用進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化控制，一方面可以保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，另一方面可以保證發(fā)電廠電壓的穩(wěn)定和安全。

在現(xiàn)代智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，多代理系統(tǒng)是由控制代理、發(fā)電單元代理、用戶代理以及數(shù)據(jù)代理共同組成，各級(jí)代理之間相互連通并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，各個(gè)部分的代理根據(jù)具體環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，由控制主體通過主網(wǎng)控制系統(tǒng)向各個(gè)代理發(fā)出工作指令，實(shí)現(xiàn)發(fā)電單元代理與用戶代理之間的合作化和互動(dòng)化。同時(shí)利用可視化信息平臺(tái)收集各代理發(fā)送的信息，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整和調(diào)度各級(jí)代理后續(xù)工作。

1.3虛擬發(fā)電廠控制技術(shù)

清潔能源分布和需求量根據(jù)地理位置差異而有所不同，為了實(shí)現(xiàn)合理分配和協(xié)調(diào)，需要虛擬發(fā)電廠對(duì)供電量和需求量進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)結(jié)合電網(wǎng)頻率、聯(lián)絡(luò)線潮流、電壓控制技術(shù)以及發(fā)電預(yù)測(cè)模型與方法。虛擬發(fā)電廠控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)清潔能源并網(wǎng)接入的有效途徑之一，能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)中分散安裝的清潔電源以及受到控制的負(fù)荷量進(jìn)行有效合并，并將每一部分能量管理系統(tǒng)與電網(wǎng)建立聯(lián)系，在虛擬發(fā)電廠中，控制中心通過智能電網(wǎng)的雙向信息通道進(jìn)行傳送。同時(shí)在虛擬發(fā)電廠中還具有高級(jí)監(jiān)測(cè)功能，能夠測(cè)量和計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)電壓和故障數(shù)據(jù)，并通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)將這些信息進(jìn)行自動(dòng)收集和整理，對(duì)異步運(yùn)行、頻率波動(dòng)、低頻振動(dòng)以及同步發(fā)電機(jī)短時(shí)失磁異步運(yùn)行等動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)控，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

2.故障管理技術(shù)

清潔能源并入智能電網(wǎng)中，在運(yùn)行過程中難免會(huì)發(fā)生工作故障，為了進(jìn)一步保證電網(wǎng)使用安全和穩(wěn)定，我們必須對(duì)故障管理系統(tǒng)進(jìn)行研究，例如在燃料電池、光伏電池等清潔能源要求實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電和獨(dú)立運(yùn)行兩種模式快速切換目標(biāo)的前提下，就需要通過高級(jí)故障管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。高級(jí)故障管理技術(shù)是由智能控制中心的局部電網(wǎng)自動(dòng)化、智能控制開關(guān)以及繼電保護(hù)裝置等管理措施聯(lián)合而成，為了提高發(fā)電單元的穩(wěn)定性，必須提供孤島運(yùn)行所有預(yù)處理?xiàng)l件，并根據(jù)其容量大小及時(shí)調(diào)整孤島運(yùn)行的供電量。高級(jí)故障管理技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理供電和運(yùn)行狀態(tài)中出現(xiàn)的緊急情況，實(shí)現(xiàn)真正的智能控制。

3.智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)

目前，我國中低壓配電網(wǎng)大部分都沒有安裝高級(jí)監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的控制也沒有達(dá)到智能化程度，當(dāng)大規(guī)模清潔能源并入電網(wǎng)后，將會(huì)使得原有電網(wǎng)系統(tǒng)變得更加復(fù)雜和難以控制，其運(yùn)行故障發(fā)生的可能性也會(huì)隨之加大，尤其是頻繁的啟動(dòng)停止等操作、功率輸出不穩(wěn)定等因素，都對(duì)對(duì)潮流監(jiān)測(cè)和控制產(chǎn)生一定影響，給電網(wǎng)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。因此在清潔并網(wǎng)技術(shù)研究中，加強(qiáng)發(fā)展智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)必不可少，在其控制中心構(gòu)建多代理系統(tǒng)，將大型可再生能源自然接入電網(wǎng)體系，既不顯得突兀，也能有效提高電網(wǎng)建設(shè)智能化。

4.高級(jí)控制技術(shù)

在清潔能源并入智能電網(wǎng)的研究中，還需要借助高級(jí)控制技術(shù)的強(qiáng)大支撐力量，為清潔能源的并入、調(diào)度和控制提供技術(shù)條件，為提高電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。高級(jí)控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)針對(duì)多種發(fā)電廠數(shù)據(jù)控制，充分發(fā)揮風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電、光伏發(fā)電、生物燃?xì)獍l(fā)電、水能發(fā)電等利用多種清潔能源發(fā)電的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使得整個(gè)電網(wǎng)供電質(zhì)量和效果得到提升。

5.故障檢測(cè)和保護(hù)技術(shù)

電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，會(huì)受到大自然氣候變化和惡劣天氣條件的影響，從而出現(xiàn)各種故障，而清潔能源利用對(duì)這些變化比較敏感，因此在清潔能源并入智能電網(wǎng)之后，我們必須通過強(qiáng)大的故障檢測(cè)和保護(hù)技術(shù)對(duì)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行排除和預(yù)防，以保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)清潔能源供電過程中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)為孤島體系，對(duì)電網(wǎng)供電不構(gòu)成影響，當(dāng)故障排除后，清潔能源供電系統(tǒng)將自動(dòng)接入智能電網(wǎng)，恢復(fù)正常供電狀態(tài)。

6.清潔能源接入標(biāo)準(zhǔn)

一旦大規(guī)模開始實(shí)施清潔能源并入電網(wǎng)的計(jì)劃，首先應(yīng)該針對(duì)并網(wǎng)環(huán)節(jié)制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使得并網(wǎng)措施具備規(guī)范性和統(tǒng)一性。由于清潔能源具有間歇性特點(diǎn)，因此在制定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，要對(duì)這種情況的具體做法進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，設(shè)計(jì)合理的并入網(wǎng)點(diǎn)和容量，并通過科學(xué)計(jì)算方式分析風(fēng)、光、火、水等清潔能源的捆綁輸出量，有效提高清潔能源的安全性和穩(wěn)定性。

結(jié)語：

在智能電網(wǎng)建設(shè)中并入清潔能源，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用清潔能源的關(guān)鍵，對(duì)改善我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量以及氣候變化等問題都具有重要的戰(zhàn)略意義。我國清潔能源并入智能電網(wǎng)技術(shù)還處于研發(fā)階段，因此無論是學(xué)術(shù)界專家學(xué)者還是技術(shù)界工程師，都應(yīng)該結(jié)合我國國情發(fā)展和人們生活需求，加強(qiáng)清潔能源并網(wǎng)技術(shù)研究，以期望能夠解決好我國能源和環(huán)境等問題，為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供保障