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未來電力系統(tǒng)十大關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)
發(fā)布時間:2017年01月16日 10:14

1、主動配電網(wǎng)將導(dǎo)致在配電網(wǎng)電壓等級和更高電壓等級網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生雙向潮流與數(shù)據(jù)流,如何建立合理的智能控制技術(shù)來實現(xiàn)大量小型電源之間的協(xié)調(diào)是一項新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

首先需要獲取數(shù)據(jù)信息(配電網(wǎng)自動化、家庭能源管理以及電動汽車的數(shù)據(jù)信息),這就需要安裝大量的智能電表和需求側(cè)響應(yīng)電表。同時,還需要研究合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以確保其能夠為當(dāng)?shù)氐哪芰科胶馓峁└玫谋U稀A硗?,由于市場和制度正潛移默化地向著高效管理、公平公正、成本回收的方向進化,以市場為導(dǎo)向的分布式發(fā)電(如虛擬電廠)控制技術(shù)也是應(yīng)對該項挑戰(zhàn)的可能方法之一。

2、先進測量與監(jiān)測設(shè)備的使用以及對信息交換的大量需求,對傳感技術(shù)及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出了新的要求。

1)在系統(tǒng)的運行、保護、檢修以及全壽命管理等過程中需要新的量測參數(shù)、網(wǎng)架信息、通信技術(shù)以及相關(guān)的新式算法。

2)交換數(shù)據(jù)的識別及其相關(guān)需求,例如數(shù)據(jù)的可靠性、安全性等。

3)故障恢復(fù)與轉(zhuǎn)供規(guī)劃方法。

4)網(wǎng)絡(luò)安全與準入控制:網(wǎng)絡(luò)安全、信安全等問題。

3、在各電壓等級下直流技術(shù)與電力電子(PE)應(yīng)用的增長及其在電能質(zhì)量、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)安全以及系統(tǒng)標(biāo)準化方面的影響。傳統(tǒng)的電路理論不能簡單地直接用于分析交直流混合電網(wǎng)和含有大量電力電子設(shè)備的微電網(wǎng),需要做更多新技術(shù)的相關(guān)研究。

1)計及高壓直流(HVDC)和PE系統(tǒng)控制模型的交流電網(wǎng)性能的研究。

2)在HVDC和PE運行過程中,交流和直流諧波過濾器所產(chǎn)生的諧波失真管理,以及由于電力電子用戶日益增加所產(chǎn)生諧波污染的去除。

3)在交流電網(wǎng)發(fā)生故障時,直流和基于PE的發(fā)電站在動態(tài)響應(yīng)及性能方面較傳統(tǒng)發(fā)電廠和交流線路有著顯著的區(qū)別。許多情況下,如何選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計和控制方法,從而大大增強全網(wǎng)的可靠性是需要考慮的重要問題。

4)高壓直流電網(wǎng)是一種與傳統(tǒng)電網(wǎng)在動態(tài)響應(yīng)和性能上皆有著明顯不同的全新電網(wǎng)形式。建立完善的HVDC電網(wǎng),需要靈活使用制造業(yè)的各種設(shè)備,并逐步完善各項標(biāo)準和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

5)高壓直流電網(wǎng)是一種全新電網(wǎng)形式。為了使其逐步的建立起來,需要建立相應(yīng)的標(biāo)準以及電網(wǎng)技術(shù)準則(gridcodes)。同時,不同制造商提供的設(shè)備也應(yīng)該具有互換性。

6)如何滿足日益增長的終端直流供電的需求(例如居民用戶和商業(yè)建筑等)也是挑戰(zhàn)之一。

4、儲能系統(tǒng)中重要設(shè)備的發(fā)展及其對電力系統(tǒng)運行發(fā)展的影響。

為實現(xiàn)分布式能源之間的協(xié)調(diào),儲能系統(tǒng)發(fā)揮著越來越重要的作用,同時也帶來了許多技術(shù)問題。

1)建設(shè)問題:先進材料、安裝成本和建設(shè)成本的下降、環(huán)境影響的降低、充放電周期效率的提升、重量減輕且尺寸密度的提升以及全壽命周期評價模型的研發(fā)等。

2)運行和網(wǎng)絡(luò)問題:各電壓等級下儲能的影響、靜態(tài)穩(wěn)定建模和動態(tài)仿真、充放電管理、與RES聯(lián)合運行的混合系統(tǒng)、孤島管理、削峰能力,以及需求側(cè)管理技術(shù)協(xié)調(diào)運行等。

3)抽水蓄能和電池儲能的協(xié)調(diào)發(fā)展。

5、針對系統(tǒng)運行、系統(tǒng)控制和市場/法規(guī)規(guī)劃,建立計及主動用戶與不同發(fā)電形式間相互作用的新概念。

1)發(fā)電站隨機組合以及柔性負荷和儲能導(dǎo)致的負荷變動所帶來的運行挑戰(zhàn)。包括:功率平衡、阻塞管理、市場規(guī)劃和規(guī)范機制的改進,以及促進含用戶和RES參與的電力市場、有功無功儲備和風(fēng)險管理等。

2)輸電系統(tǒng)中電力電子整合技術(shù),如含HVDC線路的內(nèi)部互聯(lián)系統(tǒng)會對可靠性、電力市場整合與控制以及電力系統(tǒng)動態(tài)性能帶來挑戰(zhàn)。

3)各大洲、各國、各地區(qū)電力系統(tǒng)控制的發(fā)展:輸電系統(tǒng)運行人員(TSO)、配電系統(tǒng)運行人員(DSO)、電力市場運行人員、能源服務(wù)商以及其他相關(guān)人員之間都需要共同協(xié)作。應(yīng)當(dāng)了解全網(wǎng)的地位、各系統(tǒng)間的界限,信息交互以及生產(chǎn)和負荷中心TSO、DSO及其他相關(guān)人員間的可操作接口。

4)自動化水平的提升:新開發(fā)軟件的工具可以快速地確定系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài),其可提供決策支持,并為系統(tǒng)運行、自動化結(jié)構(gòu)以及電氣參數(shù)的調(diào)整、轉(zhuǎn)供自動化、事故恢復(fù)等提供警示。

5)應(yīng)確保系統(tǒng)運行人員相關(guān)培訓(xùn)和具有相應(yīng)資質(zhì)。

6、發(fā)電廠的不同特征和發(fā)展中電網(wǎng)保護的新概念。

1)新的輸電網(wǎng)廣域保護系統(tǒng)(WAPS)將可克服特定類型繼電保護在可靠性、靈活性、檢修成本方面的局限性和不足。

2)全新的發(fā)電技術(shù)會對保護系統(tǒng)產(chǎn)生影響,例如減小短路功率、導(dǎo)致潮流逆向等。

3)故障穿越能力,即新發(fā)電機容量在承受由于故障所引起低電壓的能力。

4)偶然性孤島檢測與蓄意性孤島運行,即部分配電網(wǎng)由于沒有連接至高壓網(wǎng)絡(luò)而呈現(xiàn)物理孤島情況。

5)使用高效通信網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)中新式保護和自動化功能。

6)其他創(chuàng)新技術(shù),例如直流斷路器。

7、計及新輸電/配電接口的全新規(guī)劃概念、環(huán)境約束的增加以及有功無功潮流控制的新技術(shù)。

1)環(huán)境因素的更高社區(qū)意識(communityaware-ness)。

2)不確定因素增加下的規(guī)劃和批準。

3)現(xiàn)役設(shè)備的最佳利用。

4)網(wǎng)絡(luò)投資規(guī)劃:規(guī)劃中需要考慮需求響應(yīng)、分布式電源的分布,以及輸電線路和配電線路擴建投資的相互影響等因素。

5)技術(shù)變化:需要了解各技術(shù)方案的成本、容量以及到期時間,以便進行比較選擇。

6)經(jīng)濟驅(qū)動力的改變:這會影響資金的可用性和投資風(fēng)險,并可能對投資產(chǎn)生重大影響,尤其是在以市場為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。

7)市場和管理環(huán)境的改變(對中央規(guī)劃水平與市場方案的影響的比較)。

8、新用戶、新發(fā)電機、新網(wǎng)絡(luò)特征下評價系統(tǒng)技術(shù)性能的新方法。

1)可用于解決時間集成動態(tài)問題以及多相功率流問題的先進計算技術(shù)和計算方法。

2)在三相模型和正序建模間找到過渡。

3)用于功率平衡和備用需求評估的先進工具和技術(shù)。

4)可對網(wǎng)絡(luò)的整體性能進行優(yōu)化并可基于監(jiān)控數(shù)據(jù)以及應(yīng)用故障模式及影響分析(EMEA)來管理不確定性從而描述現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)性能的規(guī)劃和運行工具。

5)先進的負荷建模技術(shù)。

6)可對分散控制應(yīng)用進行建模的技術(shù),即在環(huán)境的極限感知下能夠做出智能決策的功能,如多代理技術(shù)。

7)主動和自適應(yīng)控制策略的建模(集中控制系統(tǒng)、電網(wǎng)友好型電器應(yīng)用、需求管理等)。

8)新技術(shù)和先進技術(shù)的模型。

9)可以連接物理硬件設(shè)備和實時數(shù)字仿真器接口(RTDS)的硬件在線仿真工具。

10)用于在各電壓等級下評估電網(wǎng)在更大DC和PE滲透率時諧波性能的工具和技術(shù)。

11)循環(huán)(HIP)模擬工具中的硬件設(shè)計,即與實時數(shù)字模擬器(RTDS)進行物理對接。

12)可集成模擬傳輸系統(tǒng)和分配系統(tǒng)的協(xié)同仿真平臺。

13)在電磁瞬態(tài)和正序仿真工具間找到過渡的方法。

9、線路容量的增長,架空、地下、水下設(shè)施的使用,及其對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能和可靠性的影響。

1)提高現(xiàn)有架空線路輸送能力的技術(shù):更換耐高溫導(dǎo)線,重新張緊現(xiàn)有架空線導(dǎo)線,提高電壓等級,并進行實時監(jiān)測。

2)將交流轉(zhuǎn)換為直流線路,考慮交直流混合輸電,考慮架空線路的緊密排列和美觀性。

3)考慮地下系統(tǒng)的過載能力和熱瞬態(tài)計算,及其對地下部分的設(shè)計標(biāo)準產(chǎn)生的影響。

4)新的海底和地下絕緣交流或直流電纜在高電壓中的應(yīng)用,如海邊風(fēng)電場??紤]以風(fēng)電場為解決方案的“海上”基礎(chǔ)設(shè)施與離岸發(fā)展的變電站和電纜,包括輸電和配電,并將風(fēng)荷載數(shù)據(jù)用于海底電纜的設(shè)計準則。

5)制定深水電纜的設(shè)計標(biāo)準和完善安裝技術(shù),以實現(xiàn)相關(guān)關(guān)聯(lián)。

6)提出對正在改變網(wǎng)絡(luò)狀況的輸配電設(shè)備的要求。

7)將智能化技術(shù)引入到輸配電設(shè)備中。

10、使利益相關(guān)者了解技術(shù)和經(jīng)濟效益,吸引他們加入電網(wǎng)未來發(fā)展。

需要考慮的因素包括:

1)環(huán)境(自然環(huán)境、動植物、EMF、聲噪、視覺沖擊等)既是電網(wǎng)發(fā)展的主要驅(qū)動力,也是全球能源項目(發(fā)電、輸送)的主要阻力。

2)環(huán)保因素(自然環(huán)境、人)是維持能源系統(tǒng)未來發(fā)展的主要動力之一,這也是現(xiàn)在被電力部門逐漸了解的。

3)同時,同金融行業(yè)一樣,能源系統(tǒng)也受到“外部世界”的激勵,如政策、NGO和其他利益相關(guān)者的影響等。

在規(guī)劃階段,應(yīng)當(dāng)采取的措施如下:

1)證明項目能帶來的好處。

2)保證可持續(xù)發(fā)展的原則和與之相關(guān)的問題正在被考慮。

3)考慮已經(jīng)在系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計和備選方案中的公眾態(tài)度,咨詢以及需求。

在建設(shè)和運行階段,應(yīng)當(dāng)注意:

1)需要符合環(huán)境標(biāo)準。

2)需要取得必要行動的支持(如,維修)。