第五代装配式变电站首创者智能供配电解决方案领导品牌

为了提高接入高占比可再生能源(RES)智能电网的效率和效益，在规划和运行时都需要有效利用各种灵活性资源。基于第23届国际供电会议(CIRED 2015)圆桌会议5(RT5)的内容，供配电设计专家在文章中介绍了在电网规划和运行中使用灵活性资源的思路，并给出了欧美国家提高系统效率的实际案例，主要侧重于配置灵活性资源和降低网络损耗两个方面;最后介绍了一些与降损节能相关的法令政策。案例研究结果表明，通过灵活性资源的合理配置可以显著改善电力系统的运行效率，提高成本效益，这是中国高占比RES智能配电网研究中应重点关注的一个方向。

0 引言

可再生能源具有量大面广和间歇性的特点，无论是以集中式接入高压电网还是以分布式接入配电网，若仍采用传统的电力系统规划和运行模式，则意味着不仅会产生昂贵的电网改造费用，还会降低电力系统运行的效率和效益。因此，世界各国都在研究高占比可再生能源条件下电力系统的运行效率问题。

提高系统运行效率的传统方法是尽可能降低单个电气设备(即所谓“元件级”)的损耗。这种方法简单易行，因为用高性能设备替换系统内的低性能设备即可，但在系统效率达到一定水平后，进一步降损的成本将越来越高。提高效率的另一种方法是从整个系统(即所谓“系统级”)出发，在不影响供电可靠性和供电质量的前提下减少系统的整体输电损耗，从而避免代价高昂的电网改造。根据欧洲电力系统的运行经验，利用灵活性手段可以减少2/3的网络投资费用，参见2015年本刊“欧洲配电网智能化”系列连载，因此可以作为高占比可再生能源(RES)电力系统提高运行效率和效益的有效策略。

国际供电会议(CIRED)致力于展示和推广供电技术与管理方面的先进技术和理念，包括网络元件、电能质量、运行控制和保护、分布式能源、配电系统规划和DSO监管等6个研究分会。其中，配电系统规划分会(S5分会)包含风险管理和资产管理、网络发展、配电规划、方法及工具等4个议题。相应地，本刊已经推出了4篇“高占比可再生能源发电”系列连载文章，分别介绍了配电网消纳高占比可再生能源的风险管控方法，配电网的技术发展方向，智能配电网规划的关键技术，以及配电网规划的创新性方法模型和工具。作为系列文章之五，本文基于CIRED 2015圆桌会议5(CIRED 2015-RT5)讨论的内容，介绍了如何从规划与运行的角度实现灵活高效的高占比RES智能配电网的思路和实际案例。

针对接入高占比RES的智能配电网，首先介绍了在规划和运行中使用灵活性资源的研究思路;然后展示了有效利用发电侧、需求侧和配电侧灵活性资源的案例，并讨论了接入RES对配电网运行效率的影响以及诸如降压节能、电压/无功优化等措施在提高配电网运行效率方面的作用;最后介绍了一些与降损节能有关的法令和政策。

1 规划和运行中使用灵活性资源的研究思路

本节根据CIRED 2015-RT5中美国电力科学研究院(EPRI)展示的资料，在介绍高占比RES智能配电网净负荷曲线特点的基础上，讨论了提高系统灵活性的可选资源(灵活性资源)，以及在规划和运行中如何利用这些资源。

1.1?高占比RES智能配电网的净负荷曲线特点

从全球电力系统的发展趋势来看，可再生能源的渗透率越来越大，不仅在送电端有大规模风力、光伏发电场，而且在用电端也有大量的分布式发电。风、光等可再生能源的输出功率具有随机性和波动性，国外的实际运行经验表明，在可再生能源全部并网且不发生弃风弃光的情形下，电网的净负荷曲线将呈现鸭子形状，即所谓“鸭型曲线”。以意大利某公司接入分布式光伏发电的净负荷曲线为例，由于光伏只能在白天发电，且在负荷需求相对较低的中午时分达到峰值，而在负荷需求相对较高的夜晚不能发电，使得净负荷曲线呈现如图1所示的“鸭型”。接入高占比RES条件下净负荷曲线的这一特征对电力系统的运行灵活性提出了更高的要求。

1.2?接入RES智能配电网中的灵活性资源

所谓灵活性，是指在某一时间尺度内电力系统能够快速而有效地优化调配现有资源，并快速响应电网功率变化、控制电网关键运行参数的能力;其中电网功率变化不仅包括负荷变化，也包括可再生能源输出功率波动。如1.1节所述，接入RES电网的净负荷为“鸭型曲线”，为保证功率平衡，系统必须具有灵活性。电力系统的发、输、配、用电和储能等环节都可以提供灵活性资源。传统发电出力的经济调节范围为30%左右，除了优化调度之外，电力系统运行中的灵活性资源还包括发电调峰能力、输配电网运行、需求侧响应、储能设备调节能力、可再生能源并网技术等。

传统发电资源包括火电、水电以及核电，它们是电力系统中较为稳定、可靠的电源，是灵活性资源的重要组成部分。为了满足高占比RES条件下“鸭型曲线”的调度需求，发电机组必须具备能够跟随净负荷曲线快速变化的能力，因此衡量发电灵活性的重要指标是发电出力的爬坡速率。以图1所示情形为例，对于接入分布式光伏发电的系统，在白天要求发电机组具有快速向下的爬坡能力，夜晚则要求其具有快速向上的爬坡能力，从而保证发电与用电的平衡。

输电网络的灵活性主要体现在区域电网的结构和互联方式上，而需求侧响应的灵活性则体现在通过价格信号和激励机制使用户主动改变原有的用电计划和模式，即通过有效整合和规划供应侧与需求侧的资源来增加系统的备用容量，从而提高运行灵活性。储能技术也属于非常重要的灵活性资源，不仅可以削峰填俗 、平滑负荷，从而提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动、降低供电成本，还可以与可再生能源配合以提高其利用率。

在高占比RES智能电网中，RES的接入方式，即根据负荷需求灵活投切RES，也可作为一种灵活性资源。

1.3?考虑灵活性资源的规划和运行方法及实例研究

为提高高占比RES智能电网的运行效率和效益，必须在电网规划时考虑如何配置灵活性资源，这与满足容量裕度的N-1规划方法相似，只是规划方法更加复杂，需要考虑不同灵活性资源的特点、网络结构和运行方式。并且，还要在可靠性和经济性之间进行权衡，从而达到合理配置灵活性资源的目的。除了规划，在运行中也要根据实时情况和负荷预测数据，合理调配和激励各种灵活性资源。

美国工业界专门针对此研究成立了北美电力可靠性委员会(NERC)关键可靠性服务(在爬坡需求方面)的工作组，以及由美国电力科学研究院(EPRI)领导的IEEE灵活性研究工作组。EPRI主要侧重于研究以下内容：①集中发电的灵活性以及提供灵活性所需的系统支持;②考虑灵活性的集成建模框架;③在集成的电网构建考虑系统灵活性的成本效益框架和开展灵活性试验项目。另外，EPRI还发布了灵活性白皮书(Flexibility White Paper)以及容量和电量白皮书(Capacity and Energy White Paper)。

关于考虑灵活性的配电网络规划的研究，EPRI主要涉及以下几个方面：①用于评估电网是否具有足够灵活性的工具和指标;②多层筛选和细化方法的研究;③考虑输电和资源充足性的研究;④展示和改进方法的案例分析。一些具体项目包括化石能源电厂的灵活运行建模、储能的价值评估、需求侧灵活性的示范等。图2为EPRI 174号研究计划“分布式可再生能源集成方式”的总体架构。

EPRI从上述研究中得到的一些结论如下：

1)通过研究时间间隔在60min内的灵活性资源匮乏现象，发现较高的时间分辨率数据将对研究是有利的。

2)峰荷持续540min(9h)的系统可能需要增加额外的容量，即使有条件，这样的系统也不太可能让长期启动的机组离网运行;在这种情况下，系统内部可能存在不灵活互联的电网，如果互联电网具有灵活性则可以缓解该问题。

3)通过研究频次少于1h的灵活性资源匮乏情况发现，改变运行状态也许足以满足机组爬坡和备用等的需求，而一些长效的缓解措施则包括互联运行或增加新容量。