课题负责人、贵州电网公司电网规划研究中心副总工、系统技术研究室主任李庆生(左二)向参观者介绍项目情况。 唐学用 摄
今年5月，由贵州电网公司牵头承担，上海交通大学、清华大学、北京四方继保自动化股份有限公司三家单位共同参与完成的国家“863计划”“集成可再生能源的主动配电网研究及示范”通过了国家科技部的技术验收，圆满完成了国家重大科研攻关任务。国家科技部验收组专家认为课题是国内同类课题实施的典范。
“根据用户何时开电视、何时用热水、何时用空调等用电习惯，供电企业事先做好负荷及网络准备，为用户提供定制服务；用户周围有哪些分布式电源可以调用，哪些资源最实惠，用户可随时选择；在电网用电负荷直线攀升进而逼近电网承受最高值时，它会主动作为，果断发出精确指令，自动调节负荷，化解电网风险……”11月8日，在上海国际会议中心2017中国国际工业博览会国家科技部展区前，作为“国家863计划”“集成可再生能源的主动配电网研究及示范”课题负责人，贵州电网公司电网副总工、规划研究中心系统技术研究室主任李庆生向参观者介绍着。
“课题在多源协同的主动配电网运行关键技术研发上取得重要进展，突破了主动配电网规划、运行、控制、测试以及应用等一系列关键技术，并成功在贵州省贵阳市清镇红枫示范工程中实际应用。”由于该课题在多项关键技术上实现了国内首创及领先，被国家科技部选中成为了本届中国国际工业博览会参展项目，在展会上进行成果分享、推广宣传、成果的转化应用等方面的介绍。
“集成可再生能源的主动配电网研究及示范”课题是“十二五”期间智能电网领域国家“863计划”课题，该课题由贵州电网公司科研团队经过3年科技攻关，于今年1月在贵阳市红枫湖正式投入运行，5月通过国家科技部技术验收，该课题通过2个自主知识产权的核心系统的研发，12个高级运用模块，11个新型成套装置在工程中的实际应用，实现了示范区在30%以上渗透率工况下的优化稳定运行，分布式电源100%就地消纳。降低峰谷差、网损10%以上，供电可靠率达到99.99%以上。从网、源端来说，实现了电网拓扑结构灵活可调，分布式电源优化协调控制，从用电侧来说，像“电力管家”一样，能结合用户的用电习惯，为用户贴身定制最优供电策略。因其在“主动”和“智能”方面的表现，被人称之为“最懂你”的配电网。
主动把控分布式能源
“冷热电有500千瓦，光伏有253.8千瓦，储能有200千瓦，水电有12兆瓦，风电有300千瓦。”走进如今的贵州电力职业技术学校，映入眼帘的首先是面朝红枫湖屹立的2台风力发电机，紧接着是学院的实训楼、学生公寓屋顶上的光伏发电组件，以及冷热电三联供系统。由于多种能源的汇集，进入校园就像是走进了一个分布式能源“集散地”。
“据说我们学校用的电，不仅有太阳能、风电、水电，还有冷热电、储能等，一听就很高大上。”作为贵州电力职业技术学院电气工程及自动化专业的学生，刘阳和大多数学生一样，不仅见证了风力发电机、太阳能光伏板拉入校园并最终建成的过程，还对五种分布式能源齐聚母校这件事非常感兴趣。
“之所以选择五种能源接入学校电源，我们就是想通过课题研究不同种类分布式能源特点并实现多能优化互补的有效控制。”李庆生认为，在整个电网中，主网就像人体的“主动脉”，而在电力网中起分配电能作用的配电网就是四通八达的“毛细血管”，电从电厂发出，流经主网，通过配电网送到用户，就如血从心脏流出，经主动脉，通过毛细血管输送至全身一样。电流自上而下流动，如大河变小河，再由小河变小溪。正因为如此，在传统的配电网中，线路、设备选型，相应的继电保护、潮流控制、计量等，考虑的都是单方向流动，而随着风能、太阳能等分布式能源的发展乃至异军突起，用户侧分布式能源的反送使传统配电网出现了“电流倒送”现象，这意味着，传统配电网的保护、控制策略将失效，电网的供电可靠性也将受到影响。国家“863计划”“集成可再生能源的主动配电网研究及示范”课题的研究就是要使主动配电网成为能通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，实现对不同区域中的分布式电源设备、负荷进行主动控制和主动管理的配电系统。
出于研究主动配电网对分布式能源的主动控制的有效性，课题组建立了主动配电网的规划运行互动决策系列规范和技术体系，开发了相应的核心装置与应用支持系统，建成了一套集冷热电联供系统、光伏、储能、风电、水电等五种能源的主动配电网控制系统。通过自动或人机交互，实现了电网运行方式的快速切换与调整及高渗透率下分布式电源完全就地消纳，提高电网整体电能质量，有效降低网损。
同时，课题研制的主动配电网余热回收蓄能型冷热电联供系统，首次提出冬季协同与夏季协同模式。突破传统以热定电、以冷定电的模式限制。在系统热电效率高于80%和满足供热负荷需求条件下，实现机组出力调节范围达到其额定功率50%以上，有效提高主动配电网经济运行调节范围。
“十三五”期间，我国将新增非化石能源装机2.4亿千瓦，其中贵州将新增600万千瓦，本课题充分结合贵州省分布式能源种类丰富，渗透率更高的特点建设的主动配电网示范工程，对推进能源供给侧结构性改革补齐能源基础设施短板，提升服务民生发展水平，加快生态文明建设提供了示范样本和技术支撑，课题形成的具有自主知识产权的主动配电网管理技术，也为全国范围内多种能源的大规模开发与应用推广提供了有力支撑。
配电网有了“千里眼、顺风耳”
“在主动配电网控制中心，我们可以监测到电网、用户以及分布式电源的运行情况，在此基础上利用态势感知技术预测其发展状态，提出优化协调控制策略。这就是‘可观性’。当优化协调控制策略制定出来以后，通过控制中心能够实现分布式电源、电网、负荷的灵活有效控制，这就是‘可控性’。”李庆生说，主动配电网就像“千里眼”，有更大的可观测范围，能掌握更多信息、实现更多的控制策略。
“以前红枫电校及周边供电区域网架薄弱，配网自动化水平较低，由于调度员对中低压配网接入的分布式电源运行状况不清楚，在运行方式调整时需耗费大量时间进行核实。”据贵州电网清镇供电局集调中心副主任庞海东介绍，示范工程建成后，调度对电网运行状态了然于心，操作有据可循，通过系统优化控制，良好的人机互动及微网并离网切换，实现了电网运行方式快速灵活调整，有效提高了电压合格率和供电可靠率，解决了高比例新能源投运引起的电压波动及就地消纳问题。
主动配电网的“主动”，主要体现在它可以对有可能出现的危险进行预判，并制定一定的应对策略，最终通过控制中心的有效执行，消除危险。而不是像传统配电网只能在故障发生后才被动地采取措施。其快速恢复供电技术主要基于配电自动化技术实现故障失电状态下通过对故障线路联络开关及断路器动作来选择最优供电恢复路径。
据了解，在快速定位故障与恢复供电方面，课题提出的基于同步采样的纵差启动判据算法，10秒内就实现了配电网分布式电源接入工况下故障定位；采用孤岛控制技术，在一分钟内完成并离网自动切换，真正意义上实现微网与主动配电网互联互通，开创了微电网参与电网调度运行的新模式；同时，结合孤岛控制技术，减小故障停电范围与停电事件，实现99.99%的供电可靠率。
贴心的“智能电力管家”
据李庆生介绍，“集成可再生能源的主动配电网研究及示范”课题共开发了两套控制系统，其中，第一套控制系统由主动配电网全局运行决策系统、协同交互控制器、分布式电源控制管理单元及其对应的分布式电源组成，主要作用是实现对网架及分布式能源的有效控制。第二套控制系统由负荷主动管理系统、用户智能终端、智能控制设备，如智能插座、智能红外控制器、智能开关，及其对应的控制电器，如热水器、空调、灯光、电视组成。通过这两套系统互动联络，实现了主动配电网的源、网、荷协同控制和管理。
对于传统的配电网，你不可能知道用户的用电行为习惯，而主动配电网却可以精确地知道这些信息。作为项目课题研究基地，目前贵州电力职业技术学校已经在这方面走在了前面，由于有了课题组专门开发的APP，如今该校的宾馆已经可以在其服务平台上，结合自身实际情况，按照需求选择用电方案。如果对价格比较敏感，那他们可以将方案设定成节能型，比如在冬季用电高峰期的时候，主动配电系统会将其空调的温度稍微调低几度，节约下来的电力可以供给其他对稳定性要求更高的用户。相应地，选择节能型的用户其支付的电价也会相对低一些。同时，主动配电网还可以通过自动采集到的信号，进行数据分析掌握相关信息，为用户提供最优用电方案。供电企业事先可以将网络和负荷准备好，提醒用户在合适的时机选择用电。用户可以随时查询实时的电价，帮助其调整用电行为，节省电费支出，还可以查询到周边分布式电源有哪些，自主选用，实现一定区域内的电力资源最优分配。
“领跑”主动配电网研究领域
“课题研究过程中共申请专利24项(其中发明专利17项)，发表论文52篇，编制企业标准1项，获得软件著作权4项；培养博士后3名、博士研究生7名，硕士研究生15名。”李庆生介绍，“我们研究的课题非常前沿，课题示范工程在全国也属于领先地位，国家科技部高技术研究发展中心在其网站上进行了重点宣传，同时，2017年CIGREC6中国专家委员会也将在贵阳召开，在全国具有较大的影响力。”为了将课题理论研究成果进一步进行研究和试验，下一步，课题组将结合示范工程目前已具有的主动配电网主站以及分布式电源条件申报重点实验室；同时结合现场教学培训系统适时开设分布式电源及主动配电网相关的教学课程和培训工作。
“这个项目在核心装置，应用支持系统，主动配电网的规划、运行、决策、控制等技术和理论上都有新突破，对促进清洁能源的接入和就地消纳，提升能源利用率有重要意义。”国家能源局贵州监管办公室监管、党组书记、专员潘军认为，主动配电网技术成熟后，居民屋顶分布式光伏、小型风机发电、发电机等产生的电量均可轻松“为我所用”。国家“863计划”课题验收专家组认为，“集成可再生能源的主动配电网研究及示范”课题的顺利通过验收，无疑为电力行业在未来解决大规模分布式能源接入配电网及我国主动配电网建设提供积极的探索和尝试积累丰富的经验。(杨彬 唐学用)
