分布式能源在小区电力系统中的协同运行研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 15 日 作者简介：朱浩（1989）男，汉族，湖北洪湖人，中级工程师，研究方向为配电网规划与设计。-17-分布式能源在小区电力系统中的协同运行研究 朱 浩 智方设计股份有限公司，湖北 武汉 430000 摘要：摘要：社会发展与能源消耗呈上升趋势，小区电力系统的运行如今正逐渐承受着巨大的压力。本研究聚焦于小区电力系统中分布式能源的协同运行，探究了小区电力负荷特性、波动性以及分布式能源接入对系统稳定性和可靠性的作用。探究分布式能源管控、智能调度与协同控制之策略，关乎协同运行之理念架构与核心技艺，论述了提升能源分配、达成高效信息交流及优化控制与防护策略的途径，分布式能源在小区电力系统中实现了协同运行，全面实施的策略与措施已完备。关键词：关键词：分布式能源；小区电力系统；协同运行；能源管理；智能控制 中图分类号：中图分类号：TK01+8 1 小区电力系统特点分析 1.1 小区负荷特征与波动性 小区电力系统的负荷特性展现为动态多样性，涉及居民生活、商业及公共设施的电力需求。在不同时段，需求波动的现象显得尤为突出。例如，某种程度上，小区在日间繁忙时段显得尤为热闹，众多百姓的用电需求或许将有所增长，涉及照明、家电及生活设备的协同运用。在一天中的高峰时段，电力需求量往往超过其他时段甚多。负载的减轻可能导致明显的低谷时期。电力系统的运作与管理环节，面对负荷波动性的考验。在用电高峰期，系统需应对电力需求量的突发增长，低谷时段应当调整发电方案，避免能源闲置。由于负荷波动性的存在，使得系统必须具备高度的灵活性和迅速的响应能力，依据各异的时间用电需求进行调度。1.2 分布式能源接入的影响 随着太阳能、风能等可再生能源的分布式应用逐渐广泛，人们对环保意识的觉醒也与日俱增，小区电力设备正在经历新一轮的考验与成长。自从引入分布式能源，系统对可再生能源的依赖程度得以提升，减少对常规能源的依赖，降低碳排放，延长能源使用寿命。然而，分布式能源的波动性和间断性，已然对系统运行产生了相应的影响。例如，光伏发电之功效，随天气变化而起伏，当日光被云层遮挡，气候变得恶劣之时，可能会突然导致能源波动。波动性可能引发系统频率及电压的稳定性问题，系统需具备快捷应变之能，旨在达成能源供需均衡，以维护运行之稳定。在大规模分布式能源接入的过程中，有时会出现逆变器向系统输出无功功率的情况，电力供应的稳定性受到威胁，从而迫使人们采取措施以确保电力质量的保持，针对系统运行，务必采取高效控制手段以实现平衡调节。1.3 系统稳定性与可靠性要求 稳定性和可靠性成为小区电力系统赖以生存的关键要素，居民生活与工业生产的稳定都与此事密切相关。系统稳定性在于其对负载波动或外部干扰的应对表现，能确保电压、频率等核心指标保持在允许的范围之内，确保系统稳定，防范设备受损。供电持久性对于确保系统稳定至关重要，即便部分设备出现故障或异常，也能保证电力持续供应。例如，瞬间的电力中断仍会导致企业和居民承受庞大经济损失，每小时的间断性损耗大约高达 15000元。此表述强调了小区电力系统对稳定性和可靠性的高度追求，保障电力持续供应，确保经济运行不休止。因此，小区供电系统务必形成高效监督、调整及应变机制，系统稳定可靠性在各种挑战面前得以维持。2 小区电力系统中的分布式能源管理 2.1 分布式能源的发电与储能管理 光伏发电系统的发电能力受到多样因素的限制，诸如太阳辐射、气温以及倾斜角度等因素。例如，美中国科技期刊数据库 工业 A-18-国国家可再生能源实验室（NREL）发表了一项观点，在全天候照耀下，一兆瓦光伏设备年度发电量大约可达一千五百万千瓦时。这暗示着，要应对此种需求，系统务必拥有精准的预测技艺与严密的监控措施，依据气象预报与实时辐射数据，从而制定出适宜的发电策略。对储能设备的充电、放电特性以及循环效率进行精细化管理以提升效率，智能调控机制需对电能充电与放电策略加以优化。例如，某种电池储能技术的循环利用率趋近于百分之九十，每次电能的充放过程中，大约有 10%的能量被损耗。因此，在电力需求高峰时段，将过剩的太阳能储存至蓄电池之中，在某个特定时刻，储能设备将所储蓄的电能输出，调节发电与负荷的失衡状态。2.2 智能调度与协同控制 确保系统稳定运行的关键在于实现分布式能源的智能化调度与协同控制。智能调度根据实时的能耗需求和能源实际供应情况进行调整，依靠算法与模型制定策略。例如，夏日高峰时段，某我国住宅区电力需求剧增，借助智能调控，达成光伏发电与储能系统之优化配置，减少对传统电力网络的依赖，以适应高能耗需求。协同控制要求分布式能源设备之间达成信息交流与协同操作。当风速发生变化时，风力发电机组会适时作出相应调整，针对电网连接点实时调整功率输出，以稳定电网频率。这种协同控制系统依赖于实时数据交换和智能算法的推动，实现分布式能源设备之间的协同优化，确保体系的稳固与高效率运行。2.3 对电力质量的影响与调节 电力质量直接受到分布式能源接入的影响，确保电网稳定措施的施行至关重要。例如，光伏发电系统的逆变器可能导致谐波和电压波动。在欧洲，光伏逆变器或许会导致电网谐波总畸变率超出国际标准限值5%。运用诸如源滤波器等尖端科技，乃是解决此难题的不可或缺之举，对逆变器输出进行滤波与补偿，旨在提高电力系统的稳定性和可靠性，维持电力系统的平衡运转。此外，电网频率可能因分布式能源的接入而发生波动。光伏发电大规模接入导致电网频率波动加剧，电力系统的稳定性能因此面临考验。因此，智能控制策略的重要性无可替代，如频率响应与有效功率调控，确保电力系统频率在可承受范围内稳定运行。3 分布式能源协同运行的理论框架 3.1 协同运行概念解析 电力系统内部的协同运行得以顺利进行，凭借各类分布式能源设备的协同协作及信息交流，确保整个体系顺利推进。这种观念依托于整个系统内各个能源设备、存储单元以及调度系统的严谨配合，优化系统能源配置，提升响应效率。共同协作目标在于实现整体效能之卓越，使小区电力系统在面对负荷波动、能源波动等挑战时更具适应性，确保其可持续发展。协同运行观念的核心在于，系统内部诸多组成部分，必得交流往来，方能协同共进，应用智能算法使得系统具备根据电力需求与能源供应的实时变化进行自动调整的能力。如表 1 所示，传统电力与分布式能源协同运行系统在稳定性、效率、响应速度和可靠性等关键指标方面的优劣对比，旨在为特定应用场景提供最佳系统选择之参考。表 1 传统电力系统和分布式能源协同运行系统的关键指标对比 指标 传统电力系统 分布式能源协同运行系统 稳定性 非常依赖中心化调度，对外部波动敏感，稳定性一般 高度分散式管理，能够应对负载和能源波动，稳定性较高 效率 部分设备利用率较低，能源损耗较多 设备利用率更高，能源利用效率更优化 响应速度 调度响应速度较慢，难以适应快速变化的需求 响应速度更快，能够快速调整能源分配以适应需求变化 可靠性 依赖大型发电站，出现故障影响范围广 分布式能源设备较为分散，单点故障对系统冲击较小 3.2 分布式能源互联与调度 达成分布式能源协同运行的关键在于塑造分布式能源设备之间的紧密联结和调度协调机制。此类事项需依托前沿的通讯技术和智能调度策略，确保各项能源设备在系统内部实现实时互动，并及时掌握其运行状况。光伏阵列、储能装置、风力发电机等分布式能源设备拥有信息交流的特性。调度系统已然运用了实时监测数据与预测模型，协同调整各项能源设备，以保证整个体系得以高效运行。例如，高峰期即将来临，系统预测并无失误，协同调度使得分布式能源发电量中国科技期刊数据库 工业 A-19-和储能设备状态得到优化配置，调整系统适应能力，应对高峰期负载需求。3.3 智能控制在小区电力系统中的角色 采用机器学习、优化算法与反馈机制，对小区电力系统实施调控，智能控制系统拥有实时分析实时运行情况、能源需求以及分布式发电能力等数据的功能，立刻实施辨别并改变施行方法。例如，各能源设备之输出功率，可通过智能调控系统予以调整，以达成最优能源配置。系统中的智能控制功能具有预测未来能源消耗的能力，在预先的措施中，对系统运行的波动性进行了适度削减。这一高度智能的控制机制使得小区电力系统在灵活性与响应速度方面实现了显着提升，增进能源运用效能，从而巩固总体稳固性与可信度。4 分布式能源协同运行关键技术 4.1 能源管理与优化 能源管理的核心在于对分布式能源设备发电、储能及消耗的智能调控，致力于提升系统自我维持能力的极限。采用先进的能源调控方法，当下，人们对负载需求、天气状况以及分布式能源产量的实时关注，得以设计出最优的发电与储能策略，以提升能源利用率。例如，太阳能光伏发电系统能够根据气象预报来优化发电计划，在充足的光照环境下，太阳能得以充分施展其效能。能源优化被视为对全局能源调度的一种优化的策略，目标追求的是整体性能的极致。历史记载与当前资讯或能助力优化算法性能，预测未来的电力需求与能源产量，因此，使得整个运作体系得以最优配置。例如，在探索遗传算法与深度学习相结合的过程中，构建优化模型成为可能，在紧迫的时间内，寻求最优能源调配方法，使系统在负载与能源波动之际，依旧保持高效稳定之运行。此外，能源优化涉及储能设备充电与放电的调控，确保根据需求变动调整储能量，提升电力需求响应速度以适应系统需求。能源调控与优化，当虑及经济效益，亦勿忘生态环境之可持续发展。运用恰当的能源调控策略，在确保系统负载需求得到满足的前提下，其运行状态保持稳定，减少能源损耗与降低碳排放。例如，调整分布式能源发电时刻，以便实现最优资源配置，在电力市场的低谷时段，购电成本有望降低。4.2 通信与信息互联 在分布式能源协同运行的过程中，各个能源节点相互配合，实现高效利用，高效通信网络与信息交互系统对于实时数据共享和系统协同调度具有关键作用。例如，物联网技术为通信开辟了一条切实可行的络径，将各类能源设备、传感器及监控系统相互串联，形成一个紧密相连的整体，实现数据交互与信息共享。据预测，至 2025 年，全球物联网连接设备总数有望超过750 亿台，物联网的崛起速度凸显了其在通信基础设施领域的影响力。如表 2：表 2 比较通信技术的通信时延和数据传输速率 通信技术 通信时延（毫秒）数据传输速率（Mbps）4G LTE 20-50 100-300 5G 1-10 1,000-10,000 Wi-Fi6 1-5 9.6-3,600 Zigbee 15-30 0.25-250 LoRa 10-1000 0.3-50 信息互联的顺畅与否，取决于通信网络的安全稳定。确保分布式能源设备数据传输与信息共享的安全可靠，是当前关键的要素，确保信息安全，抵御信息泄露、篡改及网络攻击。端到端加密与身份验证两大措施，确保信息安全无虞，防范恶意的侵袭，守护系统的稳定。此外，通信网络的稳定性成为信息互联顺畅的关键因素，通信阻碍或推迟都可能对协同工作进行不良影响。信息互联科技之发展，当虑及统一与协同之平衡。各种分布式能源设备与系统或许会采用不同的通信标准和数据类型，因此，务必使各项设备能够互通，就必须确立统一的标准。例如，在能源设备通信领域，诸多准则皆由国际电工委员会（IEC）所确立，分布式能源设备之间的协同作业与信息交流得到了优化。4.3 控制与保护策略 在分布式能源协同运行的过程中，各个能源节点相互配合，实现高效利用，控制策略的核心在于实时调整分布式能源设备，系统应在波动的负荷与能源之中国科技期刊数据库 工业 A-20-间寻求稳定。例如，风能利用装置的调控系统依赖实时风速变化进行适应，叶片角度之调整，旨在维持发电之稳定功率。采用先进的 PID 调节方法或模型预测控制技术，令系统更加灵活，以应对外部环境的变化，提升整体架构的应变与耐力。应对策略旨在确保在系统遭遇异常情况时，能够迅速作出相应调整，避免设备损坏以杜绝相关隐患。分布式能源设备的安全保障涉及对电流、电压、频率等多方面的实时监控。例如，光伏逆变器之作，不可或缺过电压与过电流之防护，避免电网故障，以免设备受到损坏。电网状况的实时监控，乃是控制系统应尽的义务，急速脱离设备与电网的耦合，确保系统平稳运行。在制定保护策略时，需综合考虑设备属性、系统运行状况以及外部环境因素，全面保护机制成功构建。协同作业在分布式能源设备之间成为控制与保护策略的核心。借助先进的通讯途径与智慧策略，各环节可即时同步情形信息并协同进行调整。例如，当承担的责任急剧下降之时，储能设备依赖协同控制发电设备来实现其功能，储能迅速释放，目的在于平抑电网频率波动。5 结束语 电力系统不断进化的核心在于分布式能源的协同配合，小区电力系统的智能化与可持续发展因此得到了深远的影响。在能源格局的演变过程中，我们可以看到各种变化和调整，采纳协同运行观念，为能源管理优化、系统稳定性和响应能力晋升奠定了新基础。借助尖端科技、智能调控以及信息互通来实现融合，预知电力需求，适时调整能源配置，与此同时，一套健全稳定的防护措施已全面建成，这一举措极大地促进了小区电力供应的稳定性和绿色能源的普及。随着科技进步，分布式能源协同运行不断取得突破，电力产业正逐步实现智能、高效和可持续的发展。参考文献 1宋建芳.边缘计算环境下基于 PSO 算法的电力均衡研究D.成都:电子科技大学,2021.2徐占伯,周春翔,吴江,刘坤,管晓宏.基于边云协同的建筑能源系统分布式供需协同优化J.中国科学 F辑,2023,53(3):517-534.3 高 晗,李 正 烁.具 有 完 全 隐 私 保 护 的 电-气 综 合 能 源 系 统 分 布 式 协 同 算 法 J.电 力 系 统 自 动化,2023,47(8):71-79.4曾洋.含电动汽车的智能小区能量优化管理研究D.成都:西华大学,2022.5赵帅.基于 Stackelberg 主从博弈的综合能源系统优化调度研究D.青岛:青岛大学,2022.