陈志东 杜汶翰 张忠 漆柏林 王趁录 李克胜 张文华 保承家
国网甘肃省电力公司兰州供电公司 甘肃兰州 730070
摘 要：国网兰州供电公司（以下简称“兰州公司”）基于能源现状与电网实际情况创新提出含区域性屋顶光伏微网群能量互济的弹性配电网供电模式，从构建主动配电网、建设直流用电网络、负荷控制、能源管理与大数据平台四个方面入手，通过利用微网群混合式协调控制结构解决微网群内各子网间、微网群与大电网间的协调控制问题，助力公司减少了运行成本，大大提高光伏消纳能力及系统安全经济性。
【关键词】兰州公司 微网群 光伏消纳 弹性配电网
一、研究背景
近年来国家加大整治环境污染的力度，人们将目光聚焦到新型、绿色、环保的可再生能源方向上，这为太阳能、风能等可再生能源的利用提供了机会。我国国家能源局在“十三五”规划中指出，截止2020年我国预计建设30个微电网的示范工程，到2020年，光伏装机达到1亿千瓦左右。目前，我国的经济发展已经进入产业结构优化阶段，大力发展清洁可再生能源发电是我国能源结构调整的必然之路。
随着配电网中新能源渗透率的不断上升，大大提升了接入点电压越限的风险，削弱了新能源并网能力，且大量反向有功功率甚至会引起网损的大幅度升高。因此，2020年兰州公司依据配电网弹性评估方法及评价指标体系分析兰州部分区域配电网弹性强度，并根据兰州地区新能源分布，提出多区域储能配置规划方案，针对高渗透率光伏接入的配电网优化问题进行研究，提高储能利用率，有效提高光伏消纳能力及系统安全经济性。
二、管理对策
兰州公司考虑经济性、环保型的微网群多目标协调优化，提出一种微网群混合式协调控制结构，利用此结构可解决微网群内各子网间、微网群与大电网间的协调控制问题。针对提出的微网群结构，建立生产成本最低、污染物对环境影响成本最小的多目标优化模型。在满足负荷工序平衡等约束条件下，将系统多目标优化问题转化为单目标优化问题。
（一）构建拓补灵活、潮流可控的主动配电网
1.改进储能，支援主动配电网消纳新能源
为了提高协调水平和服务质量，必须发展主动配电网通过主动管理分布式电源的模式来保证新电网的稳定性。规划改造园区配电网。根据交直流混联配电网的新需求，对开发区配电网进行规划设计和升级改造，满足加入柔性直流互联、高渗透率分布式电源接入下能量传输配送要求。
2.确定全网能量分配，利用柔性负荷设定交换功率
将微电网的控制与能量管理系统作为多能源综合利用的自治运行系统，进行内部调节，满足与主动配电网接口的交换功率要求。同时主动配电网可利用微电网中的储能设备消纳新能源。总之，以主动配电网与微电网间通过互动来实现能量相互支援。
3.微电网能源联合优化调度
通过对分布式电源与微电网系统进行接口规范与改造，增加相关采集与调控手段，实现主动配电网对分布式电源的灵活接入和对微电网的优化调控。并在并网运行状态下实现削减类负荷的削峰作用和转移类负荷的移峰填谷效果，两者相互配合可充分消纳光伏出力。通过整合电源侧互补发电机组调度与需求侧柔性负荷调度，进一步增加对可再生能源出力的就地消纳，实现经济性与环保性整体提升的预期效果。
4.接入智能微电网实现能量相互支援
建设多元数据采集系统，利用智能配电单元实现实时采集运行参数、设备状态和用能信息，实现与多源综合管理数据平台的数据收集与监视控制。
（二）建设即插即用的直流用电网络
通过充、放、发、储“四位一体”直流用电网络示范，探索电动汽车、分布式能源、储能、配电网的协调发展模式，实现光伏等分布式能源的高效消纳，实现退运电池的价值延伸，提高直流用电网络的综合运营效益。
1.直流配电系统建设
兰州公司为提高供电可靠性，由10kV交直混联开闭站的三段10kV交流母线引出三路出线，接入到３台10kv／0.4kv变压器，并通过３组交流／直流，从而实现直流用电网络与交流电网的多点互联。此外配套建设300kw分布式储能，分别接入３段直流线路，实施后可解决高渗透率的分布式电源的接入问题，支持负荷连续转移，实现负载均衡。
2.直流用电网络管理系统建设
一是建设一套直流用电网络管理系统并接入能量管理中心。采用分层分布式管理，由１个直流用电网络管理系统，３个充、储、发能量管理单元和若干设备级能量管理单元构成三层能量管理系统。
二是分布式电源与微电网接入系统改造。通过对分布式电源与微电网系统进行接口规范与改造，增加相关采集与调控手段，实现主动配电网对分布式电源的灵活接入和对微电网的优化调控。建设多元数据采集系统。
三是利用智能配电单元，实现实时采集运行参数、设备状态和用能信息，实现与多源综合管理数据平台的数据收集与监视控制。
3.电动汽车充电桩建设
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电源，直流负荷可以直接由直流母线供电。直流配电网与交流配电网相比，在部分性能上具有较大优势，包括线路损耗、可靠性、接纳分布式电源等方面，而且也无需相频控制等设备。而对于交流电网目前存在的如电压瞬时跌落、电压波动、电网谐波、三相电压不平衡等电能质量问题，也迫切需要引入直流电网的概念。
4.1MW光伏发电系统建设
光伏发电系统的安装可根据不同的地方分为四种类型：杆的安装、地面的安装、屋顶的安装、墙壁的安装。为了保证系统正常运行，在安装选址时要选择太阳资源充足的地点进行安装，同时为充分利用充电站及附近建筑屋顶、停车场场地，实现绿色充电和用电，促进光伏高效就地消纳。
（三）分布式能源充分消纳的柔性负荷主动响应
兰州公司通过多种能源协同控制，平抑新能源波动，实现示范区高渗透率分布式新能源的充分消纳，以提升用能能效，提升分布式能源的消纳能力，提升对光伏功率波动的抑制能力。
1.有序负荷控制
一是通过监视有序用电客户负荷情况，生成客户日负荷监测报表，提高负荷预测准确度，为制定有序供电方案提供科学依据。二是生成运行统计表，明确在应急情况下，可控制负荷在有序用电执行过程中的比重，由此来拟定不同条件下用户侧管理的计划用电指标。三是在迎峰度夏、迎峰度冬的关键时期，做好负荷分析跟踪，利用所采集数据分析大客户用电能量环比异动情况。执行负荷分级控制，强制错峰。实现科学远程负荷控制，避免现场检查错峰用电可能引发的矛盾。
2.多能优化控制
微电网系统中分布式电源种类多种多样，储能装置动态响应速度快，当微电网运行时，能够快速补偿系统功率波动，维持系统电压和频率的稳定，可以与储能装置一起作为主控微源，能够减小系统对于储能装置的依赖程度，提高微电网的可靠性，基于这一点，实施光伏MPPT控制与蓄电池充放电控制。
3.电压柔性调节
分布式柔性控制系统从机就地安装在汇集站集电馈线附近，采集各馈线电流、电压值及开关位置，并传输至分布式柔性控制系统主机，柔性控制系统主机根据接收的各馈线有功电压值，及从调度主站接收的该电站发电计划电压值大小，进行控制逻辑计算，如果当前电站发电总电压超过预先整定的保护定值，在整定的延时时间内，先由AGC系统对发电总有功功率进行调节，如果未能将发电电压调节到计划有功值以下，将由主机选择部分馈线，并将该馈线跳闸信号输出至从机，由从机闭合相关出口接点切除对应馈线，从而将电站总电压降至计划值以下。
（四）能源管理与公共服务
1.构建能源大数据平台
构建基于能源大数据平台的能源管理中心通过“区域自治，全局优化”，实现能量的分层分级平衡。
2.多能源协同优化调控服务
通过配电网的实时状态感知和态势分析，提高主动配电网的可观性，以“区域自治，全局优化”为主动配电网安全、经济、优化运行提供运行决策。
三、结语
本课题主要研究考虑经济性、环保型的微网群多目标协调优化，提出一种微网群混合式协调控制结构，解决微网群内各子网间、微网群与大电网间的协调控制问题。
含区域性屋顶光伏微电网群是多能互补技术的典型应用形式，更是实现社会可持续发展和保护生态环境的重要能源供应方式。对比微电网技术起步较早的国家，无功微电网技术正处于持续发展阶段，新时期考虑多能互补的微电网群能量互济是规划阶段的关键问题。
参考文献：
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