• 头条发生大规模灾害时,怎样用现有电网,提供应急供电?
    2021-08-26 作者:魏强 杨耿杰 等  |  来源:《电气技术》  |  点击率:
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    导语大城市在发生灾害后,如果不能迅速恢复电力供应,就会由于水、食物和信息缺乏导致混乱。为此,在延续灾害中不仅要保证重要负荷供电,还要保证居民基本用电(如照明和收音机),这种用电仅占正常供电水平的极少部分,因而有可能通过配网内的分布式电源提供。此时变压器上损耗会有所增加,所以应采取分时供电减少电能浪费。福州大学电气工程与自动化学院、润电能源科学技术有限公司的研究人员魏强、杨耿杰、朱峰、郭谋发、刘仡然,在2020年第8期《电气技术》杂志上撰文,基于微电网P/f下垂控制原理,设计了根据频率削减用户用电量的负载控制装置。装置不仅避免了分轮减载带来的扰动和不公平,还可保证分布式电源的负载三相平衡,并防止用户超预期用电。

    随着文明的发展,越来越多的人定居于大中型城市。城市在给人们提供便利的同时,也带来了很多问题。在危机发生时,为上百万人提供水、食物和燃料,需要水泵、管网、供应链、交通指挥、燃油和通信协调才能完成。如果灾害发生后不能保证电力供应,这个体系就会失效,从而带来非常严峻的问题。

    进入21世纪后,大规模自然灾害频繁发生,例如2004年印度洋海啸、2005年新奥尔良飓风、2008年中国雪灾等。灾害发生后,首要的问题往往都是恢复电力供应。不过,灾害发生时往往会破坏输电网和电源,并且这种破坏可能规模巨大,长时间无法恢复。这时人们赖以生存的很多体系就会崩溃。为此,灾害发生后的当务之急就是恢复供电。

    目前多数应急供电方案都是在配电网中接入移动应急电源,并对接入进行了优化配置与调度的研究,但是这种供电方案仅能短时(几天)给少数重要负荷(如水厂、重要通信中心等)供电,而不能长时间给居民使用。灾害发生后,居民供电和关键负荷一样重要,如果没有基本电力保障,城市可能会很快陷入混乱。

    发生大规模灾害时,怎样用现有电网,提供应急供电?

     

    随着技术的进步,近年来分布式电源的研究获得了长足的进展,光电和风电成本稳步下降,且能方便地部署于城市之中。此外,微网的运行理论也逐步成熟,国内外都有独立运行的小规模微网示范工程。将分布式电源部署到配电网的有源配网也取得了不少研究成果。在灾害或大电网事故发生时,微网也可为区域内的用户提供应急电力供应,这对防灾减灾具有重要的意义。

    目前的微网在部署时一般都经过预先设计,在设计阶段仅考虑满足有限的用户需求,并根据具体情况选择网络结构和线路,以及控制策略和电源/储能设施。这种模式在短期灾害时为少量用户供电并不存在问题,但是大规模延续灾害后,需要利用极为有限的分布式电源和现有的配电线路(而不仅仅是微网线路),来为广大区域的众多用户同时提供有限电力供应,此时预先设计的方案就不再适用,因而就必须设计相应的应急供电方案。

    福州大学、润电能源科学技术有限公司的研究人员提出了一种灾害情况下可用的应急供电方案。方案本身没有任何电能质量、可靠性或经济性的考虑,着眼点在于利用分布式电源和现有配网,在没有网络等现代通信条件、电能极为匮乏的前提下,为城镇居民在危急时提供最低的用电保障。

    发生大规模灾害时,怎样用现有电网,提供应急供电?

    图1 负载控制装置原理图

     

    发生大规模灾害时,怎样用现有电网,提供应急供电?

    图2 脉宽200ms时手机充电器的入口电流和电压

     

    发生大规模灾害时,怎样用现有电网,提供应急供电?

    图3 脉宽50ms时手机充电器的入口电流和电压

    研究人员认为,在大规模延续灾害发生后,不仅要给重要用户提供应急电力供应,也需要给城镇普通居民提供最低电力保障,才能确保灾害后的秩序和恢复。居民的最低用电需求保证可以仅包括二次供水水泵、照明和手机上的收音机供电。

    如果能够提前对新能源的应急功能等作出统一规划,并尽量做到各配电区域均有新能源接入,很小比例(常规用电量5%)的光伏/风电即可解决灾害情况下全部居民的最低用电需求。因此,配电网内仅需存在常规用电量的5%左右的分布式电源即可保证应急供电。

     

     

    应急供电时,可将10kV母线和线路从变电站的降压变压器断开,构成微网,接于配网末端的分布式电源通过10/0.38kV的配电变压器升压给10kV线路提供电力供应。不过,由于多数配变处于极轻载状态,网损比例会有所提高,因此应分时供电避免浪费能源。

    由于用充电器主要为锂电池充电器,所以可给用户提供300V的窄脉宽方波来供电。这样不仅可以防止用户超预期用电,还可以通过控制脉冲的有无和比例来实现根据频率影响负载用电量,从而为P/f下垂控制提供负荷侧支持。

    实验表明这种方式可行,但应避免供电脉宽过窄或有/无脉冲切换过于频繁,以防用户充电器过热烧毁。在实施P/f下垂控制时,还可以调整逆变器的下垂曲线位置和出力,再通过频率进一步影响用户用电量。此时不应使用二次调频恢复频率,以防削减负载需求的功能被抵消。

    本文编自2020年第8期《电气技术》,标题为“一种大范围延续灾害时可用的应急供电方案”,作者为为魏强、杨耿杰、朱峰、郭谋发、刘仡然。

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