淺談多能協(xié)同的配電網(wǎng)供電恢復(fù)策略

文/鄧春生（國網(wǎng)城步縣供電分公司）

由于我國能源儲藏和開采結(jié)構(gòu)存在明顯偏頗，使得能源供給一直是限制我國社會主義建設(shè)推進的關(guān)鍵因素，尤其是在環(huán)保工作開展力度不斷加大的時代背景下，構(gòu)建完善的、科學(xué)的多能互補能源綜合利用體系，已經(jīng)成為時代發(fā)展的必然要求。而配電網(wǎng)在我國電力系統(tǒng)中有非常重要的作用，并在工作過程中占主導(dǎo)地位，是電力系統(tǒng)高質(zhì)量工作的基礎(chǔ)保障。在實際工作中，電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)供電的可靠性受到了極大的關(guān)注。本文中，在概述多能協(xié)同基礎(chǔ)上，從多能協(xié)同角度出發(fā)，提出了適用于多能協(xié)同的配電網(wǎng)主動解列替代控制和協(xié)調(diào)控制策略，從而保障配電網(wǎng)供電恢復(fù)，促進我國電力行業(yè)正常運行。

一、配電網(wǎng)重要作用

配電網(wǎng)在保障電力輸送穩(wěn)定中發(fā)揮著重要作用，在電力系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，是電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定供電的基礎(chǔ)保障，配電網(wǎng)供電可靠性直接影響電力系統(tǒng)的高質(zhì)量穩(wěn)定供電，供電企業(yè)應(yīng)該重視提升配電網(wǎng)供電的可靠性，確保滿足當前電力系統(tǒng)的供電需求。同時，應(yīng)該提升工作人員對配電網(wǎng)供電可靠性的重視程度，盡可能使其高質(zhì)量地完成相關(guān)工作，根據(jù)實際情況科學(xué)地落實相關(guān)工作，真正提升工作質(zhì)量及效率，使我國的電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定地為人們的工作、生活提供穩(wěn)定的電力資源，進而促使我國電力行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，促進社會的進步。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)重要組成部分，并在實際工作中發(fā)揮著重要的作用，因此在開展相關(guān)工作時，工作人員應(yīng)該根據(jù)專業(yè)化的技術(shù)要求嚴格地落實相關(guān)工作，使配電網(wǎng)的供電工作穩(wěn)定發(fā)展。與此同時，更加高效地提升我國配電網(wǎng)穩(wěn)定供電的相關(guān)技術(shù)，為其在新時代的發(fā)展中更好地立足于社會奠定良好的基礎(chǔ)。

二、多能互補能源綜合利用

多能互補能源綜合利用系統(tǒng)是相對于傳統(tǒng)分布式的應(yīng)用模式而言，具體是指將各種能源資源進行綜合性輸入，依照不同能源品位高低進行綜合互補利用，并且依照設(shè)定的能量配合關(guān)系實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，以達到能源最佳利用效率的能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。多能互補的應(yīng)用，能夠通過多種資源組合模式在區(qū)域范圍內(nèi)建設(shè)一體化的集成功能基礎(chǔ)社會實踐，從而實現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)，提升能源綜合梯級利用水平，為解決我國能源緊缺、結(jié)構(gòu)不平衡現(xiàn)狀提供具體操作路徑。

在多能互補系統(tǒng)運行中，系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)優(yōu)化對能源利用效率具有直接性影響，如基于產(chǎn)業(yè)園區(qū)為運行基礎(chǔ)的，集成多元能源監(jiān)控、能量管理、能效管控和需求側(cè)效應(yīng)等為一體的綜合能源控制系統(tǒng)方案。在其方案所提出的綜合能源控制體系中，以數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建涵蓋自動控制系統(tǒng)、監(jiān)視平臺、管理人員、控制機構(gòu)為框架的分析系統(tǒng)，能夠基于分析結(jié)果對系統(tǒng)運行的電、熱、冷等系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)分配，實現(xiàn)能源的高效分配。優(yōu)化控制的具體方法以通過智能算法為運行基礎(chǔ)，將運算得出結(jié)果與控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互后，再實現(xiàn)對設(shè)備運行的具體優(yōu)化，具有較高的運行效率。

三、配電網(wǎng)多能協(xié)同供電恢復(fù)應(yīng)用重要性

配電網(wǎng)主動解列后，將形成以分布式電源供電為主，且能夠安全運行的電力孤島，減少故障對配電網(wǎng)的不利影響，并縮小停電范圍，提高配電網(wǎng)的供電質(zhì)量、供電安全性和可靠性。配電網(wǎng)主動解列是指在系統(tǒng)崩潰前，通過求解一組合理的解列點，將系統(tǒng)分解為若干獨立運行的子系統(tǒng)，使系統(tǒng)失負荷量最小。

當前研究中，主要從主動解列模型及求解算法等方面提出了含有分布式電源的配電網(wǎng)供電恢復(fù)策略。但分布式電源存在不確定性以及易受外界環(huán)境影響等特點，其對電網(wǎng)供能恢復(fù)的作用有限。此外，配電網(wǎng)中部分負荷是以電力驅(qū)動的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其作用在于將電能轉(zhuǎn)換成熱、冷等多種形式的能源，在故障情況下該部分電負荷可轉(zhuǎn)由相應(yīng)子系統(tǒng)進行供給。

提升配電網(wǎng)的供能恢復(fù)能力，不僅要從配電網(wǎng)電源側(cè)進行考慮，更要從配電網(wǎng)的多類型負荷的靈活性角度入手，通過調(diào)節(jié)配電網(wǎng)中能量轉(zhuǎn)換設(shè)備等特殊的靈活性負荷，進一步挖掘配電網(wǎng)的潛在供電恢復(fù)能力。在多能耦合的能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)正在轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘潆娋W(wǎng)為核心，融合電、氣、熱等多種能源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的多能耦合能源系統(tǒng)。由于其具有靈活的運行方式和多能互補等特性，因此，一方面為配電網(wǎng)的主動解列提供了更為優(yōu)質(zhì)、合理的方案，另一方面也為配電網(wǎng)的安全控制提供了新機遇。

首先，相較于傳統(tǒng)的主動解列策略，燃氣輪機、熱電聯(lián)產(chǎn)機組等元件由于其具有良好的穩(wěn)定性和可控性，對配電網(wǎng)支撐作用明顯強于光伏、風(fēng)電等傳統(tǒng)的分布式電源，可通過定量增大耦合元件出力的方式為配電網(wǎng)主動解列提供更有力的電源支撐；其次，電力驅(qū)動的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備可通過降低功率或直接停止工作等方式減輕配電網(wǎng)負荷，缺失的熱冷等能量支撐可由相應(yīng)能源系統(tǒng)進行供給，從而減少配電網(wǎng)待恢復(fù)負荷量。綜上，考慮多能互補效應(yīng)后，故障情況下多能耦合的能源系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)多類型能源的方式為配電網(wǎng)提供電源支撐，并通過轉(zhuǎn)換熱、冷等網(wǎng)絡(luò)的能量供給方式削減配電網(wǎng)負荷，對提高系統(tǒng)故障恢復(fù)效果具有重要作用。

四、多能耦合能源系統(tǒng)控制策略

耦合元件作為多能耦合能源系統(tǒng)中重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，可以將不同品位的能源緊密耦合，是實現(xiàn)多能耦合的關(guān)鍵。多能耦合能源系統(tǒng)中包含微型燃氣輪機、熱電聯(lián)產(chǎn)機組、燃氣鍋爐和電鍋爐等多種類型的耦合元件。各能源子系統(tǒng)間通過耦合元件緊密聯(lián)系，構(gòu)成多能耦合的能源網(wǎng)絡(luò)，為配電網(wǎng)的故障恢復(fù)提供了新思路?？紤]系統(tǒng)多能耦合效應(yīng)，配電網(wǎng)主動解列后，能源網(wǎng)絡(luò)的運行方式發(fā)生如下變化：（1）配電網(wǎng)以孤島方式運行，各個孤島由DG作為電源進行供電；（2）配電網(wǎng)中部分負荷轉(zhuǎn)由非電子系統(tǒng)供給，實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)供；（3）燃氣輪機、CHP機組等耦合元件可增大電出力，為配電網(wǎng)提供電源支撐，耦合元件作為多能耦合能源網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其運行方式直接影響到配電網(wǎng)的供能恢復(fù)效果。

（一）替代控制策略

替代控制策略是指利用多能耦合效應(yīng)，將電鍋爐等電供給型耦合元件所在節(jié)點負荷，轉(zhuǎn)由相應(yīng)能源子系統(tǒng)進行供能。在滿足系統(tǒng)安全約束的前提下，通過增大燃氣鍋爐等非電型耦合元件或CHP機組等電獲取型耦合元件的出力，來代替電鍋爐等電供給型耦合元件的負荷，如利用燃氣鍋爐替代電鍋爐為熱力系統(tǒng)供電，使得天然氣系統(tǒng)負荷增大，配電網(wǎng)負荷減少，從而實現(xiàn)替代配電網(wǎng)負荷的作用，減少配電網(wǎng)待恢復(fù)負荷，提升負荷恢復(fù)比例，改善配電網(wǎng)負荷恢復(fù)效果。

（二）協(xié)調(diào)控制策略

協(xié)調(diào)控制策略是指在滿足網(wǎng)絡(luò)安全約束前提下，通過增大燃氣輪機、CHP機組等電獲取型耦合元件的電出力，為配電網(wǎng)主動解列提供電源支撐。對于能源系統(tǒng)中可增發(fā)電功率的電獲取型耦合元件，若負荷側(cè)僅為電力負荷，則僅需在滿足系統(tǒng)安全約束的前提下增加電出力；若負荷側(cè)存在多類負荷（如：CHP機組等），在增加電出力的同時，非電子系統(tǒng)負荷側(cè)的出力也隨之增加，選擇非電子系統(tǒng)中非電型耦合元件為平衡節(jié)點，用以平衡電獲取型耦合元件增發(fā)功率。如增加CHP機組的電出力，CHP機組的熱出力也隨之增大，為滿足熱力系統(tǒng)安全運行約束，需減小燃氣鍋爐等非電型耦合元件的熱出力。

上述兩種控制策略分別從減少待恢復(fù)負荷量以及增大電源出力兩方面為配電網(wǎng)主動解列提供有力支撐。若系統(tǒng)內(nèi)不存在電供給型耦合元件，則采取協(xié)調(diào)控制策略；若系統(tǒng)內(nèi)存在電供給型耦合元件，則優(yōu)先采取替代控制策略，若系統(tǒng)仍有可增大電出力的耦合元件，則可繼續(xù)采取協(xié)調(diào)控制策略。兩種控制策略相結(jié)合，可充分發(fā)揮系統(tǒng)多能耦合效應(yīng)，提高系統(tǒng)供能恢復(fù)水平，進而保證系統(tǒng)供能的安全性和可靠性。

五、結(jié)束語

綜上所述，考慮系統(tǒng)多能協(xié)同效應(yīng)后，通過協(xié)調(diào)多種形式的能源互補替代功能，充分挖掘多能耦合系統(tǒng)的供能潛力，有效提高了配電網(wǎng)的供能恢復(fù)量，相較于傳統(tǒng)僅用分布式電源進行供電恢復(fù)，所提方法形成的孤島開關(guān)動作次數(shù)更少，有利于故障消除后系統(tǒng)恢復(fù)正常運行狀態(tài)。在配電網(wǎng)供電恢復(fù)過程中，為充分發(fā)揮系統(tǒng)多能協(xié)同效應(yīng)，可根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇對應(yīng)的控制策略，若系統(tǒng)中存在電供給型耦合元件，則優(yōu)先采用替代控制策略，然后再根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)判斷是否能夠采用協(xié)調(diào)控制策略。