欧洲配电网智能化的八大应用场景

      本讲重点介绍欧洲配电网智能化的各种应用场景，分别为：分布式可再生能源的接入、配电自动化、高级测量基础设施、储能、微电网、需求侧和发电管理、分布式能源管理系统和虚拟电厂、电动汽车等。

　　智能配电网在全世界配电网的实际应用中已经成为现实，而且为了铺平欧洲(或者某一天乃至全世界)迈向低碳和可再生能源的未来之路，智能配电网将来还会成为一种强制性的安装方式。智能配电网将有助于减少配电网的供电成本，因此使得整个能源供应系统进入到可再生的未来。

　　CIRED2013智能电网工作组在研究过程中，建成了一个数据库，汇总了欧洲约15个国家的50多个智能电网项目。多数项目为国家或国际项目，一些为跨国合作，甚至欧盟范围内的合作项目。

　　应用场景之一：分布式可再生能源的集成

　　识别问题

　　在现代配电网中接入波动性的可再生能源(RES)和分布式资源(DER)，会给电网规划和运行带来许多挑战。由于在设计时电网元件的容量选择并没有考虑到较高功率的潮流反送到电网的情况，电缆、架空线和配电变压器的过载是一个严重的问题，由此会导致加强电网和确保供电安全性的投资需求增大。

　　确定目标

　　DER在接入配电网时应该达到以下目标：

　　(1)通过电网的智能运行和对主动设备、负荷和发电的控制，使得加强电网的投资最小化。

　　(2)确保供电质量，使得客户不会由于RES对供电质量的冲击而受影响。

　　(3)促使电力市场接入电网。如果RES不具有灵活性，就不应该承担市场风险。电力市场需要适应电网的约束条件和拓扑结构。

　　主要功能

　　智能配电网技术解决方案的主要功能包括：

　　(1)改变电网结构和运行模式。

　　(2)采用需求侧管理、可控发电机、电动汽车或分布式储能设备来平衡本地负荷和发电功率，以及控制与中高压电网之间的功率交换。

　　(3)控制可再生能源(DG)的发电功率。

　　(4)通过安装主动元件以替代被动元件，来控制配电网电压。

　　(5)在正常情况下，DSO将根据市场谈判控制RES。在异常或紧急情况下，DSO应该完全控制RES。

　　(6)在多数案例下，应用信息通信技术(ICT)技术，包括集中或分散的智能化和决策算法。

　　预期收益及其相关利益者

　　为了保证电网稳定性，通过主动元件影响有功/无功潮流，可以减少甚至彻底消除设备过载和电压越限的情况。因此，可以大大减少电网扩容和改造的投资需求。

　　相关利益者包括配电企业/DSO，客户，电网所有者，市场。

应用场景之二：配电自动化

　　描述问题

　　由于智能配电网的各种功能，如智能表计、需求侧管理、需求响应、DER接入以及即插式电动汽车(PEVs)，配电系统自动化对整个电力系统运行的高效和可靠越来越重要。

　　对配变站及环网单元(RMUs)的自动化、监测、保护提出了更多的新要求。

　　确定目标

　　通过配电自动化，企业可以实现的主要目标是：

　　(1)对其配电系统的灵活控制，可用于提高供电的效率、可靠性和质量。

　　(2)通过在电网中部署符合IEC标准的遥控功能，实现对网络状态的监控以及测量值的通信，从而提高网络的可观性和可控性。

　　(3)可以提高故障或扰动的诊断和清除能力，以及提高采取措施恢复停电客户的供电能力。

　　主要功能

　　(1)现场设备的实时监控。

　　(2)网络元件和主动元件的引入及其控制，如可调配电变压器、重合器、发电单元的换流器、负荷等。

　　(3)二次设备和控制中心之间的双向通信通道。

　　(4)采用带后台设备以及信息系统(如量测或保护设备)的现场设备。

　　配电自动化和配电管理的预期收益包括可靠性的提高、峰荷和设备负载水平的削减，以及管理分布式RES或电动汽车的能力提高等。所有这些收益将转化为停电时间的减少以及停电客户数量的最小化。

　　预期收益及其相关利益者

　　相关利益者包括配电企业，电网运营商和客户。

　　应用场景之三：高级量测基础设施

　　描述问题

　　配电公司注重研究开发先进量测基础设施(AMI)，如，智能电能表和量测数据管理，以便实施需求侧管理、客户需求侧响应，分布式发电的集中控制，以及作为实施动态电价解决方案的主要机制。

　　AMI使得配电网运营商能够优化关键的过程，为其客户(供电商以及消费者)提供新的服务和数据。

　　确定目标

　　安装智能电能表和高级量测数据管理系统应实现达到以下目标：

　　(1)自动的客户处理过程(计费，电价变更，数据采集等)。

　　(2)实施各种电价模型和采集输出/输入的无功电量数据。

　　(3)记录各种一次设备(如各段线路和变压器)的利用率，以便优化维修的时间间隔，优化线路损耗(如通过改变开/断点)，获取电网扩展规划的附加数据。

　　(4)通过获取和诊断误差信息，最小化DG的停机时间。

　　(5)有利于在配电网中接入小型DG，可满足自动化和计费的要求。

　　(6)在供电点(电能表处)记录和文档化对客户的供电情况，可用于电网规划的依据；支持故障管理和清除电网中的故障事件。

主要功能

　　作为高级量测数据管理的完整解决方案，必须将所必需的硬件和软件结合，主要包括以下功能：

　　(1)获取用于费率和特殊合同客户的电能消费的所有数据。

　　(2)对客户负荷远控和切换的可能性(如果在服务合同中已经达成协定)。

　　(3)对供电质量进行记录和文档化(计量电压偏差、短期失效、长期失效、电能质量等)。

　　(4)建成对不同企业计量(供气、小区供热和供水)以及其他服务(家庭自动化)的开放平台。

　　(5)记录终端设备(如电能表)未经授权的用电和操作。

　　(6)配变站、RMUs和配电网基础设施的遥控。

　　(7)直接连接到低压电网上的单相和三相电能表；有功/无功的电量和功率的测量(消费和生产)；多电价和双电价结构同时运行的能力；负荷曲线；最大需求登记；功率控制管理，可远程修改最大需求阀值和开合电源；需求侧管理；事件记录和报警管理；防窃电检测；供电服务记录。

　　(8)链接到室内设备通信的局域通信接口。

　　预期收益及其相关利益者

　　安装智能电能表和高级量测数据管理系统，应实现以下功能：

　　(1)客户自动化处理过程(计费、电价变更、数据采集等)。

　　(2)实施多电价模型和采集输出/输入的无功电量数据。

　　(3)记录各种一次设备如每段线路和变压器的利用率，以便在开展电网扩展规划时，优化维修间隔，最小化线路损耗(如通过移动开/断点)，获取扩展规划的附加数据。

　　(4)通过获取故障水平和诊断故障最小化停机时间。

　　(5)在配电网中集成小型、分散的发电厂，用于计费和自动化的目的。

　　(6)在供电位置(电能表)记录和文档化客户的供电情况，可用于提供依据以及用于电网规划。

　　(7)支持故障管理和清除电网中的故障事件。

　　相关利益者包括网络运营商，客户，发电商和能源交易商。

　　应用场景之四：储能

　　描述问题

　　大规模RES的应用给电网稳定性带来了新挑战，配电网运营商面临的挑战是：提供足够的平衡功率以确保持续的高质量供电。

　　在工业用户电网中，实现节能的过程和减少能源消耗的成本十分重要。

　　确定目标

　　应用储能装置于配电系统应该达到下列目标：

　　(1)参与电量和功率的一次控制市场。

　　(2)储能在一些辅助服务(如负荷转移、本地电压控制和一次调频控制)中用作发电机。

　　(3)影响配电网的有功潮流和电压性能，使得加强电网基础设施所需的投资最小化。

　　(4)协助从公共电网中断开后的孤网运行和工业用户电网的暂时性孤岛运行。

　　(5)提升供电可靠性和安全性。

　　(6)削减暂时性的峰荷。

　　主要功能

　　不同的储能设备可以安装在中压网和低压网中，主要包括以下功能：

　　(1)改变有功潮流，限制设备的负载水平。

　　(2)提供无功支撑和电压控制。

　　(3)平衡负荷和发电，以实现电网之间功率交换达到预测值，或使得微电网能够孤网运行。

　　(4)参与电量和功率的一次控制市场。

　　(5)作为虚拟电厂(VPP)和配电能源管理系统(DEMS)的重要组成部分。

　　(6)储能具有黑启动能力。

　　(7)电动汽车可以用作储能及发电机。V2G(电动汽车接入电网)方案中，除了充电之外，也可集中控制向电网释放功率；电动汽车具有负荷转移和一次调频的能力。

　　预期收益及其相关利益者

　　相关利益者包括企业/DSO，客户，能源交易商。

　　应用场景之五：微电网

　　描述问题

　　在微电网中，发电单元的容量一般为千瓦至兆瓦级别。安装的同步发电机一般为柴油动力发电，通常与储能设备一起安装。

　　确定目标

　　实现微电网的目标包括：独立于(弱联系的)公用电网的电网运行；不具备公用电网连接情况下或农村区域的的孤网运行；使得供电成本最小化，尤其在偏远地区或孤岛情况下；较少对化石燃料如柴油或燃气的依赖性；减少CO2排放。

主要功能

　　微电网通常分为四种类型：电力企业微电网、工业微电网、军用微电网、院校微电网。主要包括以下功能：

　　(1)微电网有两种运行模式：孤网运行和并网运行。

(2)具有大量可再生能源资源的国家和各州可将大量RES接入其电