Сети могут принять распределённые ресурсы

Page 1
background image

Page 2
background image

22

Июль

август

 2014

    

РАСПРЕДЕЛЁННАЯ  

Генерация

Ячейки

 

РУ

 

переменного

 

тока

 

в

 

лаборатории

 CEPRI.

Комната

 

управления

 

микросетями

 

постоянного

 

и

 

перемен

-

ного

 

тока

 

в

 

лаборатории

 CEPRI.

Т

ехнологии

  «

интеллектуальных

 

сетей

» 

в

 

Китае

 

развиваются

 

стремительно

Поток

 

мощности

 

в

 

сетях

 

среднего

 

и

 

низкого

 

напряжения

 

идёт

 

в

 

обе

 

стороны

 — 

это

 

результат

 

внедрения

 

ветро

-

вых

 

и

 

солнечных

 

электростанций

электротранспорта

 

и

 

других

 

источников

 

распределённой

 

генерации

Из

-

за

 

этого

 

традиционное

 

планирование

 

распределительной

 

сети

 

сталкивается

 

с

 

существенными

 

сложностями

ко

-

торые

 

требуют

 

разработки

 

новых

 

методов

Значитель

-

ная

 

неопределённость

 

существует

 

в

 

прогнозировании

 

нагрузки

планировании

 

и

 

оперировании

 

распредели

-

тельной

 

сетью

которая

 

возникает

 

из

-

за

 

внедрения

 

рас

-

пределённых

 

генераций

.

Результаты

 

анализов

 

показывают

что

 

распределён

-

ная

 

генерация

 

займет

 

около

 30% 

рынка

 

электроэнергии

 

Китая

 

к

 2030 

году

Если

 

предсказание

 

сбудется

это

 

приведёт

 

к

 

существенным

 

изменениям

 

на

 

рынке

 

элек

-

троэнергии

Для

 

того

 

чтобы

 

поддержать

 

этот

 

переход

важно

 

обрести

 

понимание

 

того

как

 

распределённая

 

ге

-

нерация

 

работает

 

в

 

существующих

 

сетях

.

Чтобы

 

соответствовать

 

этому

 

важному

 

переходу

до

 

того

 

как

 

решения

 

по

 

инвестициям

 

будут

 

приняты

не

-

обходимо

 

определить

 

размещение

 

и

 

мощности

 

распре

-

делённых

 

генераций

а

 

также

 

определить

 

надёжность

 

сети

 

и

 

влияние

 

распределённых

 

генераций

 

в

 

различных

 

режимах

 

работы

 

сети

Основные

 

критерии

 

такого

 

вне

-

дрения

 

были

 

определены

 

в

 

США

 

и

 

Европе

Однако

 

они

 

не

 

подходят

 

для

 

существующих

 

распределительных

 

сетей

 

Китая

в

 

которых

 

Китайский

 

исследовательский

 

институт

 

в

 

области

 

энергетики

 (CEPRI) 

обнаружил

 

не

-

достаток

 

в

 

базовых

 

исследованиях

.

Топология

 

системы

 

критериев

Новые

 

критерии

 

основаны

 

на

 

нескольких

 

существу

-

ющих

 

в

 

Китае

 

сетях

включая

 

те

где

 

в

 

распределитель

-

ных

 

сетях

 

уже

 

имеется

 

распределённая

 

генерация

Ти

-

пичная

 

распределительная

 

сеть

 

включает

 

подстанцию

 

110/10 

кВ

на

 

которой

 

установлены

 

два

 

трансформато

-

ра

 

мощностью

 40 

МВА

питающие

 

семь

 

присоединений

 

Сети могут принять 

распределённые ресурсы

Распределительная сеть среднего напряжения 
в Китае развивается, чтобы принять различные 
распределённые генерации.

Фан Ян (Fan Yang), Hangzhou Power Supply Co., д-р Мин-Тян Фан (Dr. Ming-Tian Fan), 

China Electric Power Research Institute


Page 3
background image

23

  

Июль

август

 2014

РАСПРЕДЕЛЁННАЯ  

Генерация

Технические

 

решения

связанные

 

с

 

возобновляемыми

 

источниками

 

энергии

 

и

 

распределённой

 

генерацией

.

График

 

нагрузки

 

в

 

коммунальном

 

секторе

 

и

 

у

 

коммерческих

/

про

-

мышленных

 

потребителей

.

Обслуживающий

 

персонал

 

проверяет

 

систему

 

управления

 

солнечной

 

электростанции

 

Проекта

 2 

на

 

ж

/

д

 

станции

 

Вос

-

точный

 

Ханчжоу

.

с

 

номинальным

 

напряжением

 10 

кВ

пять

 

ВЛ

 10 

кВ

 

и

 

два

 

кабеля

 10 

кВ

 

общей

 

мощностью

 60 

МВА

.

Одна

 

из

 

воздушных

 

линий

 

представляет

 

собой

 

ли

-

нию

 

снабжения

 

сельской

 

местности

 

с

 

низкой

 

плотно

-

стью

 

нагрузки

четыре

 

воздушные

 

линии

 

снабжают

 

городскую

 

местность

 

со

 

средней

 

плотностью

 

нагрузки

Два

 

кабеля

 10 

кВ

 

снабжают

 

центр

 

городской

 

местности

 

или

 

города

 

с

 

высокой

 

плотностью

 

нагрузки

Оценка

 

затрат

 

для

 

каждого

 

варианта

 

разделена

 

на

 

две

 

составляющие

постоянные

 

и

 

переменные

 

затраты

Постоянные

 

затраты

 

составляют

 

капитальные

 

затраты

затраты

 

на

 

рабочую

 

силу

фиксированные

 

оперативные

 

расходы

 

и

 

расходы

 

владельца

Переменные

 

расходы

 

включают

 

ежегодные

 

расходы

 

на

 

потери

 

мощности

за

-

висящие

 

от

 

годового

 

энергопотребления

.

Необходимые

 

данные

В

 

качестве

 

первого

 

шага

 

при

 

определении

 

критериев

 

должны

 

быть

 

даны

 

характеристики

 

каждой

 

воздушной

 

линии

 

и

 

каждого

 

кабеля

чтобы

 

можно

 

было

 

определить

 

протяжённость

 

сети

 

между

 

узлами

Параметры

 

сети

та

-

кие

 

как

 

активное

 

и

 

реактивное

 

сопротивление

 

каждого

 

элемента

необходимо

 

определить

 

для

 

каждого

 

сече

-

ния

 

между

 

узлами

Кроме

 

того

необходимо

 

знать

 

мак

-

симальные

 

уровни

 

токов

Для

 

системы

 

критериев

 

также

 

необходимо

 

определить

 

экономически

 

целесообразную

 

нагрузку

 

для

 

каждого

 

сечения

 

провода

 

или

 

кабеля

 

в

 

за

-

висимости

 

от

 

капитальных

 

затрат

 

и

 

затрат

 

от

 

потерь

 

мощности

Совокупно

 

эти

 

параметры

 

дают

 

ключевые

 

данные

 

для

 

определения

 

способности

 

каждого

 

сечения

 

сети

 

по

 

передаче

 

мощности

 

с

 

учётом

 

экономических

 

ограничений

 

и

 

ограничений

 

по

 

нагреву

 

проводов

 (

прак

-

тика

 

показывает

что

 

ограничения

 

по

 

нагреву

 

проводов

 

значительно

 

выше

чем

 

экономические

).

• 

Параметры

 

сети

Для

 

того

 

чтобы

 

соответствовать

 

системе

 

стандартов

 

безопасности

 N-1, 

пиковая

 

на

-

грузка

 

на

 

ПС

 110/10 

кВ

 

с

 

двумя

 

трансформаторами

 

по

 40 

МВА

 

не

 

должна

 

превышать

 150% 

мощности

 

одного

 

трансформатора

т

.

е

. 60 

МВА

Коэффициент

 

мощности

 

в

 

сети

 

изменяется

т

.

к

для

 

коммунально

-

го

 

сектора

 

он

 

равен

 0,85, 

а

 

для

 

коммерческих

/

про

-

мышленных

 

потребителей

 — 0,95.


Page 4
background image

24

Июль

август

 2014

    

Параметры

 

нагрузки

 

и

 

коэффициента

 

мощности

 

в

 

моделируемой

 

сети

 

среднего

 

напряжения

Узел

Коммунальный

 

сектор

Коммерческие

/

промышленные

 

потребители

Полная

 

мощность

кВА

Коэфф

мощно

-

сти

Мощность

 

тр

-

ра

кВА

Полная

 

мощность

кВА

Коэфф

мощно

-

сти

Мощность

 

тр

-

ра

кВА

1

320

0,85

2x315

150

0,95

1x315

2

215

0,85

1x315

0

0

3

580

0,85

2x500

660

0,95

2x630

4

570

0,85

2x500

0

0

5

700

0,85

2x630

510

0,95

2x500

6

600

0,85

2x500

500

0,95

2x500

7

0

0

900

0,95

2x630

8

830

0,85

2x630

0

0

9

215

0,85

1x500

570

0,95

2x500

10

600

0,85

2x500

80

0,95

1x200

11

750

0,85

1x500, 

1x630

350

0,95

1x500

12

500

0,85

2x500

850

0,95

2x630

13

550

0,85

2x500

400

0,95

2x315

14

450

0,85

2x315

1,280

0,95

2x500, 

1x630

15

350

0,85

1x630

970

0,95

2x630

Характеристики

 

выдачи

 

активной

 

мощности

 

различными

 

устройствами

 

распределённой

 

генерации

.

РАСПРЕДЕЛЁННАЯ  

Генерация

• 

Коэффициент

 

одновремен

-

ности

 

нагрузок

В

 

существую

-

щей

 

сегодня

 

сети

 

нагрузка

 

опре

-

деляется

 

одновременностью

т

.

к

пики

 

нагрузки

 

на

 

различных

 

участках

 

сети

 

не

 

возникают

 

в

 

одно

 

время

Для

 

того

 

чтобы

 

это

 

учесть

 

при

 

расчёте

 

пика

 

нагруз

-

ки

 

в

 

сети

коэффициент

 

одно

-

временности

 

принимается

 

рав

-

ным

 0,75.

• 

Критерии

 

уровней

 

напря

-

жения

 

в

 

сети

 

среднего

 

на

-

пряжения

Номинальное

 

базо

-

вое

 

напряжение

 

для

 

критерия

 

в

 

сети

 

среднего

 

напряжения

 

должно

 

быть

 

выбрано

 

исходя

 

из

 

понимания

что

 

в

 

разных

 

сетях

 

напряжение

 

может

 

составлять

 

от

 6 

до

 12,47 

кВ

Практически

 

трансформаторы

 

имеют

 

устрой

-

ство

 

РПН

позволяющее

 

регули

-

ровать

 

напряжение

 

на

 

высокой

 

стороне

 

в

 

диапазоне

 ±5% 

с

 

ша

-

гом

 2,5% 

и

 ±10% 

с

 

шагом

 1,25% 

— 

на

 

низкой

 

стороне

.

Приложение

 

для

 

моделируемой

 

сети

Дневные

 

графики

 

нагрузок

 

и

 

коэффициентов

 

мощности

 

для

 

коммунального

 

сектора

ком

-

мерческих

 

и

 

промышленных

 

потребителей

присоединённых

 


Page 5
background image

25

  

Июль

август

 2014

Устройства

 

распределённой

 

генерации

подключённые

 

к

 

моделируемой

 

сети

Узел

Тип

 

устройства

 

Максимальная

 

мощность

кВт

2

солнечные

 

батареи

30

3

ветровая

 

турбина

1500

5

солнечные

 

батареи

 30

6

солнечные

 

батареи

30

6

генерация

 

на

 

топливных

 

элементах

30

8

солнечные

 

батареи

30

9

солнечные

 

батареи

30

9

аккумуляторная

 

батарея

200

9

генерация

 

на

 

топливных

 

элементах

250

12

солнечные

 

батареи

30

13

аккумуляторная

 

батарея

600

13

генерация

 

на

 

топливных

 

элементах

20

13

солнечные

 

батареи

30

15

дизельная

 

ТЭЦ

300

15

солнечные

 

батареи

30

15

генерация

 

на

 

топливных

 

элементах

20

Солнечная

 

электростанция

 

мощностью

 10 

МВт

установленная

 

на

 

ж

/

д

 

станции

 

Восточный

 

Ханчжоу

 

в

 

рамках

 

Проекта

 2.

РАСПРЕДЕЛЁННАЯ  

Генерация

к

 

каждому

 

узлу

 

распределительной

 

сети

 

среднего

 

на

-

пряжения

были

 

подготовлены

 

с

 

помощью

 

симуляции

 

в

 

программе

 PSD-BPATM, 

разработанной

 

департамен

-

том

 

энергосистем

 CEPRI 

на

 

основании

 

программы

 BPA. 

Для

 

модели

 

были

 

взяты

 

стандартные

 

кабели

 

с

 

сечени

-

ем

 300 

мм

2

 

и

 

провода

 

с

 

сечением

 185 

мм

2

.

Данные

 

распределённых

 

генераций

Распределённые

 

генерации

 

в

 

виде

 

источников

 

и

 

хранилищ

 

энергии

 

были

 

добавлены

 

к

 

различным

 

узлам

 

моделируемой

 

распределительной

 

сети

 

среднего

 

на

-

пряжения

Солнечные

 

и

 

ветровые

 

электростанции

 

вош

-

ли

 

как

 

вероятностные

 

источники

 

энергии

электростан

-

ции

 

на

 

топливных

 

элементах

 

и

 

ТЭЦ

 — 

как

 

постоянные

 

источники

 

энергии

.

При

 

первой

 

проверочной

 

симуляции

 

только

 

одна

 

ве

-

тровая

 

турбина

 

мощностью

 1500 

кВт

 

была

 

подключена

 

к

 

сети

Подключение

 

ветровых

 

электростанций

 

при

 

си

-

муляции

 

дало

 

хороший

 

результат

.

При

 

второй

 

симуляции

 

в

 

модель

 

сети

 

были

 

включе

-

ны

 

солнечные

 

электростанции

Этот

 

тип

 

генерации

 

име

-

ет

 

ограниченные

 

возможности

 

из

-

за

 

солнечных

 

часов

 

в

 

течение

 

дня

.

При

 

третьей

 

симуляции

 

в

 

моделируемую

 

систему

 

были

 

включены

 

системы

 

батарей

Состояние

 

батарей

 

регулировалось

 

системой

 

управления

которая

 

перево

-

дила

 

их

 

в

 

режим

 

заряда

 

или

 

разряда

 

для

 

выдачи

 

энер

-

гии

 

в

 

сеть

Оперирование

 

батареями

 

может

 

проводить

-

ся

 

множеством

 

способов

 

в

 

зависимости

 

от

 

желаемых

 

целей

Например

батареи

 

могут

 

быть

 

использованы

 

для

 

сглаживания

 

пика

 

нагрузки

 

или

 

для

 

того

чтобы

 

из

-

бежать

 

ограничения

 

выработки

 

мощности

 

распределён

-

ными

 

генерациями

 

в

 

случае

 

недостаточной

 

пропускной

 

способности

 

линий

 

при

 

низком

 

потреблении

 

и

 

высокой

 

генерации

.

При

 

четвёртой

 

симуляции

 

были

 

подключены

 

элек

-

тростанции

 

на

 

топливных

 

элементах

В

 

сети

 

были

 

точки

в

 

которых

 

потребление

 

мощности

 

превышало

 

местную

 

генерацию

Симуляция

 

результатов

 

дизельной

 

ТЭЦ

 

по

-

казала

что

 

такая

 

ТЭЦ

 

более

 

маневренна

 

по

 

мощности

чем

 

электростанция

 

на

 

топливных

 

элементах

так

 

как

 

она

 

может

 

быть

 

быстрее

 

выведена

 

из

 

работы

 

и

 

введена

 

в

 

работу

Таким

 

образом

дизельная

 

ТЭЦ

 

может

 

быть

 

быстро

 

введена

 

в

 

работу

 

при

 

возникновении

 

пика

 

на

-

грузки

 

в

 

сети

.

В

 

результате

 

подключения

 

распределённых

 

источ

-

ников

 

энергии

 

к

 

протяжённой

 

линии

 

электропередачи

 

в

 

сельской

 

местности

 

было

 

подтверждено

 

существенное

 

улучшение

 

регулирования

 

напряжения

В

 

то

 

же

 

время

 

использование

 

распределённой

 

генерации

 

в

 

городе

 

мо

-

жет

 

послужить

 

для

 

снижения

 

активной

 

мощности

 

и

 

при

 

низких

 

нагрузках

 

обратить

 

поток

 

мощности

 

благодаря

 

энергии

производимой

 

распределёнными

 

источниками

В

 

таких

 

условиях

 

необходимы

 

новые

 

схемы

 

защиты

.

Опыт

 

управления

 

сетью

Два

 

пилотных

 

проекта

 

были

 

начаты

 

в

 

соответствии

 

с

 

намерением

 CEPRI 

проверить

 

на

 

практике

 

теоретиче

-

ские

 

исследования

 

по

 

различным

 

видам

 

распределён

-

ной

 

генерации

.


Page 6
background image

26

Июль

август

 2014

    

Ветровая

 

турбина

 

мощностью

 1,5 

МВт

 

в

 

провинции

 

Вос

-

точный

 

Чжэцзян

установленная

 

в

 

рамках

 

Проекта

 1.

РАСПРЕДЕЛЁННАЯ  

Генерация

• 

Проект

  1

Новая

 

система

 

дополнительной

 

гене

-

рации

 

была

 

установлена

 

в

 

провинции

 

Восточный

 

Чжэцзян

 

в

 2013 

году

В

 

сеть

 

среднего

 

напряжения

 

теперь

 

поступает

 

энергия

 

от

 

ветровой

 

турбины

 

мощностью

 1,5 

МВт

солнечной

 

электростанции

 

в

 

100 

кВт

дизельного

 

генератора

 

и

 

небольшого

 

нако

-

пителя

 

энергии

.

• 

Проект

 2

В

 2013 

году

 

на

 

железнодорожной

 

станции

 

Восточный

 

Ханчжоу

 

была

 

установлена

 

солнечная

 

электростанция

 

с

 

проектной

 

пиковой

 

мощностью

 

10 

МВт

Установка

 

рассчитана

 

на

 1752 

солнечных

 

часа

 

в

 

году

общий

 

КПД

 77% 

и

 

годовую

 

выдачу

 

энер

-

гии

 107 

кВт

ч

Соединение

 

с

 

сетью

 10 

кВ

 

обеспечено

 

через

 

кабель

 

типа

 LGJ-400 

длиной

 4 

км

.

Эти

 

проекты

 

имели

 

следующие

 

предметы

 

исследо

-

вания

:

• 

реактивная

 

мощность

 — 

коэффициент

 

мощности

 

в

 

сети

 10 

кВ

 

не

 

должен

 

быть

 

менее

 0,98 (

при

 

выра

-

ботке

 

или

 

потреблении

 

реактивной

 

мощности

), 

когда

 

активная

 

мощность

 

превосходит

 50% 

номинальной

и

 

не

 

менее

 0,95 (

при

 

выработке

 

или

 

потреблении

 

ре

-

активной

 

мощности

), 

когда

 

активная

 

мощность

 

нахо

-

дится

 

в

 

пределах

 

от

 25 

до

 50% 

от

 

номинальной

;

• 

защита

 

системы

 — 

обеспечение

 

направленной

 

токовой

 

защиты

 

на

 

ПС

 10 

кВ

 

и

 

солнечной

 

электро

-

станции

Отключаемые

 

присоединения

 

должны

 

иметь

 

выключатели

 

с

 

обеих

 

сторон

На

 

стороне

 

низ

-

кого

 

напряжения

 

должны

 

быть

 

установлены

 

выклю

-

чатели

 

переменного

 

тока

 

с

 

блокировочными

 

реле

;

• 

защита

 

изолирования

 

от

 

сети

 — 

эта

 

защита

 

должна

 

быть

 

установлена

 

на

 

солнечной

 

электро

-

станции

.

Проблемы

 

для

 

дальнейшего

 

изучения

Результаты

полученные

 

в

 

двух

 

проектах

 

с

 

сетя

-

ми

 

среднего

 

напряжения

 

с

 

распределёнными

 

генера

-

циями

продемонстрировали

 

некоторые

 

технические

 

проблемы

которые

 

требуют

 

дальнейшего

 

изу

-

чения

:

• 

анализ

 

интеграции

 

накопителей

 

энергии

Для

 

компенсации

 

довольно

 

низкой

 

мощности

 

всех

 

ис

-

точников

 

энергии

 

при

 

распределённой

 

генерации

 

ёмкость

 

хранилищ

 

энергии

 

должна

 

составлять

 

от

 

50 

до

 100% 

мощности

 

распределённой

 

генерации

В

 

идеальном

 

случае

 

затраты

 

на

 

распределённую

 

ге

-

нерацию

 

и

 

хранилища

 

энергии

 

должны

 

быть

 

оцене

-

ны

 

для

 

каждого

 

предлагаемого

 

проекта

.

• 

анализ

 

надёжности

 

сети

Информация

 

о

 

мощ

-

ности

средствах

 

доступа

ожидаемой

 

вероятности

 

отказа

 

и

 

прочих

 

технических

 

параметрах

 

должна

 

поступать

 

от

 

разработчиков

 

установок

 

распределён

-

ной

 

генерации

Сетевое

 

предприятие

 

должно

 

прово

-

дить

 

расчёт

 

надёжности

 

сети

 

перед

 

подключением

чтобы

 

убедиться

что

 

при

 

подключении

 

устройства

 

распределённой

 

генерации

 

к

 

сети

 

не

 

возникнет

 

не

-

гативного

 

воздействия

 

на

 

её

 

надёжность

.

• 

перетоки

 

мощности

 

в

 

двух

 

направлениях

Вне

-

дрение

 

распределённой

 

генерации

 

вызвало

 

появ

-

ление

 

перетоков

 

мощности

 

в

 

двух

 

направлениях

 

в

 

сетях

 

среднего

 

и

 

низкого

 

напряжения

из

-

за

 

этого

 

необходимо

 

провести

 

исследования

 

систем

 

защиты

 

и

 

способов

 

управления

 

для

 

активной

 

распредели

-

тельной

 

сети

.  

Фан

 

Ян

 (Fan Yang

, yangfan043@163.com) 

получил

 

степень

 

бакалавра

 

электроэнергетики

 

в

 

Китайском

 

сельскохозяйственном

 

университете

 (China Agriculture 

University) 

в

 2008 

году

 

и

 

степень

 

магистра

 

в

 CEPRI 

в

 

2011. 

Он

 

работает

 

инженером

-

электриком

 

в

 Hangzhou 

Power Supply Co., 

где

 

занимается

 

проектированием

 

распределительных

 

сетей

 

и

 

их

 

анализом

.

Доктор

 

Мин

-

Тян

 

Фан

 (Dr. Ming-Tian Fan

 ,mtfan@

epri.sgcc.com.cn) 

получила

 

степень

 

бакалавра

 

в

 

Южно

-

Китайском

 

технологическом

 

университете

 (South China 

University of Technilogy) 

и

 

степень

 

магистра

 

в

 CEPRI. 

Степень

 

доктора

 

философии

 (Ph.D.) 

она

 

получила

 

в

 

Университете

 

Циньхуа

 (Tsinghua University) 

в

 1996 

году

Областью

 

её

 

интересов

 

являются

 

разработка

 

энергоси

-

стем

 

и

 

анализ

 

сетей

.


Читать онлайн

Распределительная сеть среднего напряжения в Китае развивается, чтобы принять различные распределённые генерации.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»