新技术对未来配电网规划的影响

2015-8-11 07:30| 编辑:电工学习网| 查看: 5910| 评论: 0

　　配电网一次设备的技术经济寿命通常较长，约为30～50年；保护及自动化设备的寿命相对较短，但也高达10～20年。然而，基本的电网技术不会发生巨大变化。最具有发展前景的技术是与通信技术结合的电网自动化技术，以及在配电网中大规模利用电力电子和储能技术。如果储能电池的技术及价格发展仍能保持过去几年的发展趋势，储能电池将会成为配电系统的一部分，该技术具有潜在的巨大技术经济前景。

　　目前电力电子产品价格的市场竞争力正朝着有利的方向发展。例如，LVDC技术改进的性能、能效及具有竞争力的价格，提升了其在配电系统中应用的机会。在未来，有些电网用户（如数据中心）将可能以直流电方式直接并网，同时不仅是小规模的电源、也包括所有终端用户的电网接口（AC/AC和DC/AC），将采用电力电子和储能设备，通过这些技术的使用，可以在任何场景下优化用户的电能质量（AC和DC），可以消除所有的终端用户的短时停电，因而可极大地降低配电系统的成本。

　　1.LVDC技术

　　图1所示为一种LVDC系统的典型结构。分布式电源通过交直流转换单元接入，其电压变化范围为1500V到±750V。随着电力电子器件的发展，电力电子设备的能效将大为提高，从而可提高整个配电系统的能效。芬兰已有一批关于LVDC系统的试点项目在实施，图2为在芬兰某地配电网中安装LVDC的实例示意图。系统中DC电压为±750V，3个用户通过DC/AC换流器连接到直流电源。直流侧电容器的充电容量足以消除快速自动重合闸对用户的影响。在不久的将来，储能（电池）和小规模电源（如太阳能电池板）也将连接到直流电网中。

　　图1 基于LVDC技术的配电系统

　　图2 基于LDVC技术的配电系统示意图（芬兰Suur-Savon案例）

　　2.储能技术

　　在未来，预计储能电池技术的市场价格竞争力会朝向更有利的方向发展。目前，储能电池的采购价格很高，约为800～1000€/kW，且设备寿命周期有限，充电周期最多为2000～3000次，仅在某些特殊情况下（如负荷削峰需求较少时），储能电池在经济上是可行的，这时储能电池可作为配电系统的一部分，可用于削减峰荷，并可作为备用电源。一块储能电池的单位能量价格（充电或放电一次）平均为20cent/kWh，见图3。目前储能电池的单位能量价格最低能达到10cent/kWh。假设储能电池的能量单位价格可以降到2～4cent/kWh，则意味着电池投资价格为200€/kW时，充电次数可达到5000～10000次；如果电池的投资价格为400～500€/kW时，充电次数则可达到15000次，那么在未来配电网中储能电池的应用前景将是非常显著的。

　　图3 单位充放电电量（SNT/kWh）为电池生命周期（充放电次数）的函数时电池（30kW）的价格

　　用户电池技术的进步可为电力预测的风险管理提供一个解决方案，因为电力预测涉及大量的不确定性。例如，如果电动汽车数量显著增加，同时电池价格的发展是正面的，这样就给DSO提供了管理功率的机会，或者通过DSO自己的网络管理或者通过安装在用户处的储能设备。

　　3.自动化技术

　　大规模电网自动化通过自动断开、接入备用设备和应用分布式电源（如自愈电网、微电网等），几乎可以达到不间断地供电。通过有效地采用电网自动化，使得电网即使在具有挑战性的情况下也能最大限度地利用配电系统容量，从而减少了电网的投资需求和投资费用。因此，对电网自动化的发展趋势进行评估，是网络战略规划的关键措施之一。

　　4.电缆化技术

　　虽然农村地区负荷密度较低，但为了消除在极端天气条件下的长期停电现象，越来越多地采用地下电缆。大型使用电缆给电网规划带来很大的挑战，其关键问题在于：

　　1）选择适合于智能电网环境下的网络拓扑结构难度较大；

　　2）未来电网的传输容量有限；

　　3）需要研究中性点不接地的中压电网故障管理方法；

　　4）需要设计具有成本效益的设备安装方法（而不是直接挖掘电缆沟道）等。

　　5.储能配置规划案例

　　以一个用户住宅区采用电加热（直接电加热、储水式加热和余热回收）的案例为例，进行储能配置规划，以此说明在低压电网的住宅用户处安装储能电池的经济性。该用户的典型年度和日负荷曲线见图4。

　　从图4（a）年度负荷曲线可知，年最大负荷出现在冬季，这在北欧国家属于典型情况。从配电变压器冷却的角度来看，冬季的高峰负荷比夏季的较易处理。图4（b）表明峰荷发生在晚上的22～23时，该时段内电加热会自动接通。