智能電網(wǎng)建設并入清潔能源的幾種技術

全球能源緊張、氣候變化莫測、環(huán)境污染嚴重，這些問題都是21世紀人類必須面臨的重大挑戰(zhàn)，目前全世界有80%以上的能源消費依賴煤炭、石油、天然氣等化石能源，大量溫室氣體的排放對地球生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞，人類可持續(xù)發(fā)展面臨巨大威脅。發(fā)展清潔能源已經成為全球性研究課題，從目前格局和未來發(fā)展規(guī)劃來看，發(fā)展清潔能源不僅能夠改善能源結構、提高清潔能源在能源消費中的比例，還能最終實現(xiàn)能源多樣化發(fā)展，從根本上解決能源總量與使用要求和生態(tài)環(huán)境質量之間的矛盾。為此有研究人員提出將清潔能源并入電網(wǎng)建設，使其利用范圍逐漸擴大，但是由于清潔能源具有不穩(wěn)定性，大規(guī)模并入國家電網(wǎng)，可能會給供電系統(tǒng)穩(wěn)定造成一定程度影響，智能電網(wǎng)具有高級傳感、通信和自動控制技術，如果我們在智能電網(wǎng)建設的同時并入清潔能源，就能夠對清潔能源不穩(wěn)定的狀態(tài)進行監(jiān)控，就能夠實現(xiàn)清潔能源穩(wěn)定發(fā)展目標。

1.清潔能源并網(wǎng)控制技術

1.1電力電子控制技術

電力電子變換器在清潔能源與智能電網(wǎng)連接中起到關鍵性作用，變換器具有響應速度快、慣性小、過流能力弱等特點，能夠促進對清潔能源的智能控制，例如對清潔能源產生電壓頻率進行控制、對清潔能源有功無功功率進行指定控制等?；陔娏﹄娮蛹夹g運用基礎，在能源可調度配置上還可以運用有功無功潮流控制方法，采用不同控制模塊，對有功和無功進行分類控制，在此基礎上再加入頻率恢復算法，能夠實現(xiàn)提高頻率質量目標。另外對于并網(wǎng)發(fā)電單元對無功的不同需求，可以采用基于電壓下垂特性、電壓調整策略以及潮流因子校正三種控制方法。

1.2多代理系統(tǒng)控制技術

在清潔能源中太陽能源和風能在時間和地域上具有很強的互補性，其互補混合供電系統(tǒng)能夠實現(xiàn)構建獨立供電系統(tǒng)的目標，采用多代理系統(tǒng)控制技術，對太陽能和風能利用進行協(xié)調和優(yōu)化控制，一方面可以保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，另一方面可以保證發(fā)電廠電壓的穩(wěn)定和安全。

在現(xiàn)代智能電網(wǎng)建設過程中，多代理系統(tǒng)是由控制代理、發(fā)電單元代理、用戶代理以及數(shù)據(jù)代理共同組成，各級代理之間相互連通并實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，各個部分的代理根據(jù)具體環(huán)境進行互動，由控制主體通過主網(wǎng)控制系統(tǒng)向各個代理發(fā)出工作指令，實現(xiàn)發(fā)電單元代理與用戶代理之間的合作化和互動化。同時利用可視化信息平臺收集各代理發(fā)送的信息，根據(jù)實際情況及時調整和調度各級代理后續(xù)工作。

1.3虛擬發(fā)電廠控制技術

清潔能源分布和需求量根據(jù)地理位置差異而有所不同，為了實現(xiàn)合理分配和協(xié)調，需要虛擬發(fā)電廠對供電量和需求量進行評估，同時結合電網(wǎng)頻率、聯(lián)絡線潮流、電壓控制技術以及發(fā)電預測模型與方法。虛擬發(fā)電廠控制技術是實現(xiàn)清潔能源并網(wǎng)接入的有效途徑之一，能夠將配電網(wǎng)中分散安裝的清潔電源以及受到控制的負荷量進行有效合并，并將每一部分能量管理系統(tǒng)與電網(wǎng)建立聯(lián)系，在虛擬發(fā)電廠中，控制中心通過智能電網(wǎng)的雙向信息通道進行傳送。同時在虛擬發(fā)電廠中還具有高級監(jiān)測功能，能夠測量和計算各個節(jié)點動態(tài)電壓和故障數(shù)據(jù)，并通過自動化控制系統(tǒng)將這些信息進行自動收集和整理，對異步運行、頻率波動、低頻振動以及同步發(fā)電機短時失磁異步運行等動態(tài)過程進行監(jiān)控，提高電網(wǎng)運行安全性和穩(wěn)定性。

2.故障管理技術

清潔能源并入智能電網(wǎng)中，在運行過程中難免會發(fā)生工作故障，為了進一步保證電網(wǎng)使用安全和穩(wěn)定，我們必須對故障管理系統(tǒng)進行研究，例如在燃料電池、光伏電池等清潔能源要求實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電和獨立運行兩種模式快速切換目標的前提下，就需要通過高級故障管理技術實現(xiàn)這一目標。高級故障管理技術是由智能控制中心的局部電網(wǎng)自動化、智能控制開關以及繼電保護裝置等管理措施聯(lián)合而成，為了提高發(fā)電單元的穩(wěn)定性，必須提供孤島運行所有預處理條件，并根據(jù)其容量大小及時調整孤島運行的供電量。高級故障管理技術能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理供電和運行狀態(tài)中出現(xiàn)的緊急情況，實現(xiàn)真正的智能控制。

3.智能配電自動化系統(tǒng)

目前，我國中低壓配電網(wǎng)大部分都沒有安裝高級監(jiān)測裝置，對電網(wǎng)運行狀態(tài)的控制也沒有達到智能化程度，當大規(guī)模清潔能源并入電網(wǎng)后，將會使得原有電網(wǎng)系統(tǒng)變得更加復雜和難以控制，其運行故障發(fā)生的可能性也會隨之加大，尤其是頻繁的啟動停止等操作、功率輸出不穩(wěn)定等因素，都對對潮流監(jiān)測和控制產生一定影響，給電網(wǎng)安全運行構成威脅。因此在清潔并網(wǎng)技術研究中，加強發(fā)展智能配電自動化系統(tǒng)必不可少，在其控制中心構建多代理系統(tǒng)，將大型可再生能源自然接入電網(wǎng)體系，既不顯得突兀，也能有效提高電網(wǎng)建設智能化。

4.高級控制技術

在清潔能源并入智能電網(wǎng)的研究中，還需要借助高級控制技術的強大支撐力量，為清潔能源的并入、調度和控制提供技術條件，為提高電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行提供保障。高級控制技術能夠實現(xiàn)同時針對多種發(fā)電廠數(shù)據(jù)控制，充分發(fā)揮風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、光伏發(fā)電、生物燃氣發(fā)電、水能發(fā)電等利用多種清潔能源發(fā)電的絕對優(yōu)勢，使得整個電網(wǎng)供電質量和效果得到提升。

5.故障檢測和保護技術

電網(wǎng)在運行過程中，會受到大自然氣候變化和惡劣天氣條件的影響，從而出現(xiàn)各種故障，而清潔能源利用對這些變化比較敏感，因此在清潔能源并入智能電網(wǎng)之后，我們必須通過強大的故障檢測和保護技術對運行中可能出現(xiàn)的問題進行排除和預防，以保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。當清潔能源供電過程中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動轉為孤島體系，對電網(wǎng)供電不構成影響，當故障排除后，清潔能源供電系統(tǒng)將自動接入智能電網(wǎng)，恢復正常供電狀態(tài)。

6.清潔能源接入標準

一旦大規(guī)模開始實施清潔能源并入電網(wǎng)的計劃，首先應該針對并網(wǎng)環(huán)節(jié)制定相應標準和規(guī)范，使得并網(wǎng)措施具備規(guī)范性和統(tǒng)一性。由于清潔能源具有間歇性特點，因此在制定標準的時候，要對這種情況的具體做法進行詳細規(guī)定，設計合理的并入網(wǎng)點和容量，并通過科學計算方式分析風、光、火、水等清潔能源的捆綁輸出量，有效提高清潔能源的安全性和穩(wěn)定性。

結語：

在智能電網(wǎng)建設中并入清潔能源，是實現(xiàn)大規(guī)模利用清潔能源的關鍵，對改善我國能源消費結構、生態(tài)環(huán)境質量以及氣候變化等問題都具有重要的戰(zhàn)略意義。我國清潔能源并入智能電網(wǎng)技術還處于研發(fā)階段，因此無論是學術界專家學者還是技術界工程師，都應該結合我國國情發(fā)展和人們生活需求，加強清潔能源并網(wǎng)技術研究，以期望能夠解決好我國能源和環(huán)境等問題，為社會可持續(xù)發(fā)展提供保障