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      基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法

      2024-06-09 02:47:11國網(wǎng)河北省電力有限公司望都縣供電分公司
      電力設(shè)備管理 2024年7期
      關(guān)鍵詞:微網(wǎng)輸配電分布式

      國網(wǎng)河北省電力有限公司望都縣供電分公司 田 賀

      傳統(tǒng)的輸配電系統(tǒng)依賴中心化電力發(fā)電站和傳輸網(wǎng),面臨效率低下、能源損耗大、對(duì)環(huán)境不利等問題。分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)為解決這些問題提供了新思路。分布式能源系統(tǒng)將能源節(jié)點(diǎn)分散到用戶附近,利用可再生能源和智能電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效利用和靈活調(diào)度。

      1 輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法

      1.1 研究背景

      傳統(tǒng)的輸配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往依賴于中心化的大型電力發(fā)電站和傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng),而這種結(jié)構(gòu)面臨著能源效率低下、能源損耗大,以及對(duì)環(huán)境有不利影響等問題[1]。而分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的興起為解決這些問題提供了新的思路和方法。

      分布式能源系統(tǒng)的特點(diǎn)是將能源產(chǎn)生和消費(fèi)的節(jié)點(diǎn)分散到離用戶更近的位置,通過利用各種可再生能源和高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù),以及智能電網(wǎng)技術(shù)的支持,實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效利用和靈活調(diào)度[2]。微網(wǎng)技術(shù)則通過將分布式能源系統(tǒng)與傳統(tǒng)輸配電系統(tǒng)相結(jié)合,形成小規(guī)模、自主運(yùn)行的能源網(wǎng)絡(luò),提供更可靠、更安全、可持續(xù)的能源供應(yīng)。

      1.2 研究目的

      輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法是能源領(lǐng)域的重要標(biāo)準(zhǔn),旨在對(duì)能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行規(guī)范和表達(dá)。關(guān)于輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法的定義存在多種觀點(diǎn)和角度。一些學(xué)者從能源效率、環(huán)境影響等方面對(duì)其進(jìn)行探討,也有人認(rèn)為其是能源可持續(xù)性的程度或是可持續(xù)發(fā)展的手段[3]。這是因?yàn)檩斉潆娂坝秒姽こ淘O(shè)計(jì)方法在一定程度上更加注重高效能源利用,屬于以可持續(xù)能源供應(yīng)為目的的工程科學(xué)。其歷史可以追溯到能源工程的起源,主要活動(dòng)包括電力系統(tǒng)規(guī)劃、能源經(jīng)濟(jì)學(xué)和智能控制等領(lǐng)域。而能源轉(zhuǎn)型的觀念和能源改革則與輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法密切相關(guān)。通過不斷研究和創(chuàng)新,輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法將成為能源行業(yè)的重要責(zé)任。在現(xiàn)代能源理論的發(fā)展過程中,主要貢獻(xiàn)在于提供了能源系統(tǒng)的優(yōu)化方法和技術(shù)。因此,輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法最初主要側(cè)重于基于能源效率等屬性的性能度量。

      2 研究內(nèi)容

      2.1 分布式能源系統(tǒng)概述

      與傳統(tǒng)的中心化能源系統(tǒng)相比,分布式能源系統(tǒng)更加強(qiáng)調(diào)能源的分散性和相互關(guān)聯(lián)性,具有靈活性和可持續(xù)性的特點(diǎn)。盡管有些學(xué)者對(duì)分布式能源與可持續(xù)發(fā)展之間的直接關(guān)系提出了疑問,但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為可以通過理性評(píng)價(jià)來證明分布式能源對(duì)可持續(xù)發(fā)展的積極影響[4]。某些學(xué)者提出了包含多個(gè)要素的經(jīng)典分布式能源系統(tǒng)模型,并將該模型作為分析工具,進(jìn)一步發(fā)展了分布式能源的概念。這些學(xué)者認(rèn)為分布式能源具有靈活性和可持續(xù)性的特征,是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。只有當(dāng)分布式能源系統(tǒng)的多個(gè)要素相互協(xié)調(diào)和互補(bǔ)時(shí),分布式能源系統(tǒng)才能有效運(yùn)行。因此,分布式能源系統(tǒng)是多個(gè)模型的綜合結(jié)果,包括基于經(jīng)濟(jì)的分布式能源模型和基于技術(shù)的分布式能源模型。前者側(cè)重于經(jīng)濟(jì)效益,后者側(cè)重于技術(shù)可行性,即技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的結(jié)合。盡管分布式能源經(jīng)歷了一些實(shí)踐上的挑戰(zhàn)和失敗,但從可持續(xù)發(fā)展的角度來看,助于實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)供應(yīng),并逐漸成為研究和實(shí)踐的共識(shí)。

      2.2 微網(wǎng)技術(shù)原理與特點(diǎn)

      微網(wǎng)技術(shù)是一種以解決能源問題為核心的創(chuàng)新思維,旨在克服傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的缺陷,成為一種新的替代模式。微網(wǎng)技術(shù)的基本理念是確保能源的可靠供應(yīng),為能源輸出設(shè)定專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),通過先進(jìn)技術(shù)捕捉能源的多樣性,運(yùn)用合適的方法測(cè)量能源的效能。微網(wǎng)技術(shù)框架重構(gòu)了傳統(tǒng)能源系統(tǒng),強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性、可持續(xù)性、可靠性和高效性。

      微網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)之一是其分布式特性。微網(wǎng)將能源系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)分散到更近用戶的位置,通過集成多種能源資源和智能控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了能源的局部供應(yīng)和優(yōu)化調(diào)度。另一個(gè)特點(diǎn)是微網(wǎng)的自治性。微網(wǎng)可以獨(dú)立運(yùn)行,與傳統(tǒng)輸配電系統(tǒng)相互連接,形成一個(gè)小規(guī)模的能源網(wǎng)絡(luò),具備自主管理和自我修復(fù)的能力。

      通過微網(wǎng)技術(shù),能源系統(tǒng)可以更加靈活地適應(yīng)不同的能源需求和環(huán)境條件,提高能源的利用效率,降低能源的損耗和排放。此外,微網(wǎng)技術(shù)還能提供更可靠和安全的能源供應(yīng),減少對(duì)傳統(tǒng)大型電力網(wǎng)的依賴,推動(dòng)能源系統(tǒng)向可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變。

      總之,微網(wǎng)技術(shù)的原理和特點(diǎn)旨在重構(gòu)傳統(tǒng)能源系統(tǒng),通過增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性、可持續(xù)性、可靠性和高效性,實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的能源供應(yīng)和利用。

      2.3 分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

      分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是電力領(lǐng)域的主要發(fā)展方向,著重體現(xiàn)了能源的分散性和靈活性。通過引入分布式能源和微網(wǎng)技術(shù),可以直接反映出電力系統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀況的改變。分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用正在逐步形成一些構(gòu)成要件,各類評(píng)價(jià)體系也越來越受到重視。

      然而,從實(shí)踐的角度來看,一些分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用還停留在初級(jí)階段,與理論邏輯框架及生成機(jī)制存在相悖的情況。這就衍生出了一些實(shí)踐中的挑戰(zhàn)和問題。

      3 基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法的核心內(nèi)容

      3.1 基于分布式能源的輸配電系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化

      從基于分布式能源的輸配電系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化的角度來看,它是實(shí)現(xiàn)分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié),也是其核心體現(xiàn)。因此,基于分布式能源的輸配電及用電工程設(shè)計(jì)方法以規(guī)劃與優(yōu)化為其主要生成邏輯。在這一過程中,需要加強(qiáng)對(duì)輸配電系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化的控制,主要有以下三種形式。

      第一,明確規(guī)劃目標(biāo),在輸配電系統(tǒng)的布局和能源流動(dòng)方面實(shí)現(xiàn)規(guī)劃的合理性和高效性。第二,制定規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),明確分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)要求,并向各方公開,實(shí)現(xiàn)規(guī)范化的控制。第三,進(jìn)行內(nèi)部流程的再造,通過引入先進(jìn)的技術(shù)手段來提升規(guī)劃與優(yōu)化的效果,提高系統(tǒng)的可靠性和性能。

      3.2 微網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與管理

      微網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與管理與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在根本差異,主要體現(xiàn)在其分散性和自治性上。微網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與管理需要遵循一套獨(dú)特的標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則,以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的可靠運(yùn)行和高效管理。在微網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與管理框架中,準(zhǔn)確把握微網(wǎng)的特性、功能、運(yùn)營與管理是微網(wǎng)發(fā)展的核心價(jià)值和最高準(zhǔn)則。

      目前,微網(wǎng)的種類多樣性和應(yīng)用場(chǎng)景的差異性導(dǎo)致微網(wǎng)呈現(xiàn)出多樣的形態(tài)和特征。盡管微網(wǎng)技術(shù)在一些領(lǐng)域取得了積極的成果,但由于微網(wǎng)技術(shù)本身的不完善及缺乏有效的管理機(jī)制,仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。這就產(chǎn)生了微網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與管理的“短板”,影響了其廣泛推廣和應(yīng)用。

      因此,為了實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的有效應(yīng)用與管理,需要進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化,以及監(jiān)管機(jī)制的建立,以推動(dòng)微網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展并克服其面臨的挑戰(zhàn)。同時(shí),也需要加強(qiáng)對(duì)微網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的研究和實(shí)踐,以不斷提升微網(wǎng)技術(shù)的性能和可靠性,實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的最佳效果。

      3.3 基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的用電需求預(yù)測(cè)與優(yōu)化

      基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的用電需求預(yù)測(cè)與優(yōu)化是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的重要領(lǐng)域。在這方面,我們需要考慮用電需求的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和優(yōu)化策略的制定。

      用電需求預(yù)測(cè)是基于歷史用電數(shù)據(jù)和相關(guān)因素,建立數(shù)學(xué)模型來預(yù)測(cè)未來的用電需求。傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法包括時(shí)間序列分析、回歸分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。然而,基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的新型預(yù)測(cè)方法結(jié)合了先進(jìn)的算法和技術(shù),考慮了分布式能源特點(diǎn)和微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行情況,提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和精度。

      用電需求優(yōu)化旨在實(shí)現(xiàn)分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的高效運(yùn)行?;诜植际侥茉吹膬?yōu)化策略包括設(shè)備的靈活調(diào)度、能源供應(yīng)和消納的優(yōu)化,以及能源的最優(yōu)利用和分配。而基于微網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)化策略包括微網(wǎng)內(nèi)部能量管理系統(tǒng)的優(yōu)化,通過電能存儲(chǔ)和能量轉(zhuǎn)換等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)用電需求的靈活管理和優(yōu)化。

      在對(duì)用電需求預(yù)測(cè)與優(yōu)化的研究中,過去的關(guān)注點(diǎn)主要在傳統(tǒng)的方法上,忽視了分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。這導(dǎo)致預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性不高,優(yōu)化效果不佳。因此,本節(jié)提出了基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的用電需求預(yù)測(cè)與優(yōu)化方法。

      第一,將分布式能源系統(tǒng)和微網(wǎng)技術(shù)引入用電需求預(yù)測(cè)中。通過對(duì)分布式能源系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電量生成和消耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析,更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)用電需求。微網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用電系統(tǒng)的分布式管理和優(yōu)化調(diào)度,提高用電的效率和可靠性。

      第二,建立了基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的用電需求預(yù)測(cè)與優(yōu)化模型。該模型結(jié)合了用電數(shù)據(jù)、分布式能源發(fā)電數(shù)據(jù)及微網(wǎng)控制策略,通過數(shù)據(jù)分析和算法優(yōu)化,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)用電需求并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度。以下的公式可以描述該模型:

      在上述公式中,D(t)表示在時(shí)間點(diǎn)t的用電需求,pi(t)表示第i個(gè)分布式能源節(jié)點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)t的電量生成,Cj(t)表示第j個(gè)用電設(shè)備在時(shí)間點(diǎn)t的電量消耗。通過動(dòng)態(tài)計(jì)算和優(yōu)化,可以實(shí)現(xiàn)用電需求的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和優(yōu)化調(diào)度,提高能源利用效率和系統(tǒng)的可靠性。

      綜上所述,基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的用電需求預(yù)測(cè)與優(yōu)化方法能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)用電需求,并通過優(yōu)化調(diào)度實(shí)現(xiàn)用電系統(tǒng)的高效運(yùn)行和資源利用。

      3.4 安全與可靠性評(píng)估及控制

      誠然,安全與可靠性評(píng)估及控制在分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)中都是不可忽視的關(guān)鍵要素。在建立安全與可靠性機(jī)制時(shí),標(biāo)準(zhǔn)是一種有效的評(píng)估工具,在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。這使安全與可靠性不僅是一個(gè)理論性概念,還是一個(gè)實(shí)踐性概念。因此,以“安全性”為主導(dǎo)的評(píng)估與控制機(jī)制成為確保系統(tǒng)安全與可靠性的重要手段。安全與可靠性的實(shí)踐演繹總體上是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)逐步形成的路徑,盡管這一路徑包含了一些試錯(cuò)的過程。從理論到實(shí)踐,安全與可靠性始終緊密圍繞著系統(tǒng)運(yùn)行。雖然安全與可靠性應(yīng)致力于滿足系統(tǒng)需求并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境要求,然而,隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大,也帶來了一個(gè)困境,即安全與可靠性現(xiàn)象??傮w而言,其安全與可靠性仍存在改進(jìn)的空間,其評(píng)估與控制機(jī)制也有待進(jìn)一步完善,這是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要任務(wù)。

      4 結(jié)語

      分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)對(duì)電力系統(tǒng)提出了全新的挑戰(zhàn)和要求,不僅象征著電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的“新時(shí)代”,也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)和維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的迫切需要。這從根本上體現(xiàn)了電力系統(tǒng)的內(nèi)在要求,在分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)引領(lǐng)下構(gòu)建了電力系統(tǒng)的理論分析框架和實(shí)踐機(jī)制。近年來,現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,通過智能化、數(shù)字化賦能電力系統(tǒng),提高了能源利用效率和運(yùn)行的精準(zhǔn)性和科學(xué)性,與電力系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯相契合。因此,基于分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)也為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的路徑??傊?,分布式能源和微網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)與發(fā)展,將有助于更好地滿足電力系統(tǒng)的需求,促進(jìn)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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