CN105406519A - 一种主动配电网建设方法及其运营方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动配电网建设方法及其运营方法，针对特殊的负荷和特殊的电源形式讨论主动配电网的建设和运营模式，考虑分布式电源的间歇性和持续性的不同，提出建设方案，运营模式中考虑了分布式电源和电动汽车电池换电站的运营方法。本发明所达到的有益效果：本发明就如何建设主动配电网才能使经济效益和环境效益双优，提出合理的主动配电网运营模式，解决主动配电网中可再生能源出力不稳定和储能问题，使主动配电网建设更加经济，收益更加可观。

Description

一种主动配电网建设方法及其运营方法

技术领域

本发明涉及一种主动配电网建设方法及其运营方法，属于主动配电网技术领域。

背景技术

近年来，可再生能源和电动汽车的兴起使新一轮能源革命的序幕逐渐拉开。为了应对新的变化和挑战，传统的电网将迎来重大的转折，即从单向潮流的被动配电网(无源配电网)向双向潮流的主动配电网(有源配电网)转变，集合了分布式发电、储能装置和负荷的微电网应运而生，使智能电网的建设如火如荼。主动配电网要应用未来的电网技术，要求采用灵活的智能控制系统，能集合分布式能源并成为智能电网的重要组成部分。

世界各地的电力和能源工程师、学者、研究人员和利益相关者都在思考化石燃料资源枯竭、能源效率低下和环境污染的问题。因此，通过利用小规模、低碳、非传统的可再生能源，如天然气、沼气、风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池、微型燃气轮机等，以本地配电网电压等级发电并与配电网并网将成为一种新趋势。这就是所谓的分布式发电，其发电机被称为分布式能源或微电源。传统电网正处于从单向电力传输的被动配电网(无源配电网)向双向电力传输的主动配电网(有源配电网)转变的重大转折时代。同时考虑电动汽车的兴起，使得配电网中负荷更加复杂化，主动配电网需要采用灵活和智能的控制系统，以利用来自可再生分布式能源的清洁电力，同时也应采用未来的电网技术将分布式能源集成为智能电网或微电网。

随着主动配电网的发展，主动配电网建设及运营模式成为需要思索的问题。如何建设主动配电网才能使经济效益和环境效益双优，提出合理的主动配电网运营模式，解决主动配电网中可再生能源出力不稳定和储能问题，使主动配电网建设更加经济，收益更加可观。目前，国内外对主动配电网的建设和运营模式的探讨鲜少。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种主动配电网建设方法及其运营方法，解决主动配电网中可再生能源出力不稳定和储能问题，使主动配电网建设更加经济，收益更加可观。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种主动配电网建设方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)确定持续出力的分布式电源的建设地点：分布式电源的容量小于区域负荷时从电网中获取不足的负荷；热电联产厂的建设选址靠近热负荷，区域小水电和生物质能发电建设选址在城郊；

(2)确定间歇式分布式电源的建设地点；

(3)确定间歇式分布式电源的建设方式以及对应的电源配送方式。

前述的一种主动配电网建设方法，其特征是，所述步骤2)中所述间歇式分布式电源的建设采用互补性联合建设。

前述的一种主动配电网建设方法，其特征是，所述步骤3)中间歇式分布式电源采用以电池换电站为主，电动汽车电池充换电站为次的方式，其中，电池换电站的电池采用每天或若干天由最近的电动汽车电池充换电站进行配送的方式。

前述的一种主动配电网建设方法，其特征是，所述电池换电站采用自助式电池更换终端，其充电计费方式采取IC卡模式。

一种主动配电网运营方法，其特征是，根据实际情况对分布式电源运营模式以及电动汽车电池充换电站运营模式进行选择；所述分布式电源运营模式分为：内包运营模式、外包运营模式和联营模式；所述电动汽车电池充换电站运营模式分为：与分布式电源共建的电池充换电站的运营模式、单独建设的电池充换电站的运营模式和电池换电站的运营模式。

前述的一种主动配电网运营方法，其特征是，所述内包运营模式是指分布式电源由电网公司来投资，运维的费用由电网公司出资，所产的电能作为电网公司的产品，由电网公司向用户销售，根据电能品质和国家的补贴政策，采用不同的分时电价；所述外包运营模式是指由电网进行招标，对有资质的投资方进行筛选，最终把分布式电源的建设项目外包出去，分布式电源的运行和维护由投资方出资；对与产出的电量，优先销售给用户，剩下的部分销售给电网公司；所述联营模式是指电网公司和投资方一起参与，由电网公司进行招标，选定分布式电源建设的投资方，投资方只是投资建设分布式电源，运维费用由电网公司来支出。

前述的一种主动配电网运营方法，其特征是，所述与分布式电源共建的电池充换电站的运营模式需要考虑两者的利益关系，如果两者是同一投资方建设就不存在，如果两者是不同的投资方建设，需要考虑；所述单独建设的电池充换电站的运营模式中将电池充换电站作为电力系统中的可调负荷，通过控制其充电时间，使之起到负荷整形的作用，可以削峰填谷；所述电池换电站的运营模式为与运营成熟的行业进行合作。

本发明所达到的有益效果：本发明就如何建设主动配电网才能使经济效益和环境效益双优，提出合理的主动配电网运营模式，解决主动配电网中可再生能源出力不稳定和储能问题，使主动配电网建设更加经济，收益更加可观。

附图说明

图1是主动配电网建设方法流程图；

图2是分布式电源城郊建设图；

图3是能量优先级流向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明中对于主动配电网的建设，从以下四方面考虑：

一、考虑间歇式新能源发电的主动配电网建设：

由于以风电和太阳能为首的新能源发电近些年发展迅速，但是其间歇性和不稳定性一直是值得思考的问题。而解决间歇式分布式能源发电最好的方法就是配备储能装置。同时，电力储能系统也是解决分布式能源系统故障率高、容量小、负荷波动大等问题的关键设备。我国关于电力储能技术的研究起步较晚，目前，储能的经济性还不是很好。而我国最近发展的电动汽车可以看成很好的分布式储能装置。由于电动汽车不同的充电方式，其在电力系统中扮演着不同的角色。

在主动配电网的建设中，考虑风力发电与太阳能发电呈现一定的互补特性，所以可以考虑联合建设，这样可以使得分布式发电出力平滑。同时考虑电动汽车电池换电站的特性，可以将其看成储能装置，与可再生分布式电源一体建设，这样，既可以省去高额的储能装置费用，也可以解决可再生分布式发电的间歇性和不稳定性，还可以节省部分土地资源和人员费用，使得管理方便。

由于主动配电网的分布式电源建在用户侧是最佳的建设方式，所以主动配电网的建设首先是选定分布式电源的建设地点，然后再考虑电动汽车电池换电站的建设。具体建设流程如图1所示。

可以将小区域用户和分布式发电看成一个虚拟微网，这样可以计算出需要建设电动汽车电池换电站的容量，再根据地区发展状况最终确定需要建设的电池换电站的容量。

二、持续出力的分布式电源建设：

对于可以持续出力的分布式电源，由于其出力是稳定的，所以在一定区域配备分布式电源的容量选择更加简单，使其满足区域负荷或者小于区域负荷都是可以的，对于不足的电量可以从电网中获取，对于持续出力的分布式电源来说，不需要配置储能装置，这就大大提高了经济效益。但是对于建设选址还是有要求的。

由于农村用电量呈现明显的季节特性，非农忙时节负荷小，而城郊的负荷量要比农村的大些，但相对城市来说又小很多。根据负荷的这种差异性，可以考虑在城郊处建设可以持续发电的分布式电源，这样，既可以减少大电网的投资费用，也可以对资源进行充分的利用。

考虑到热电联产厂的建设选址要靠近热负荷，不适合建在城郊处。而区域小水电和生物质能发电则比较符合建设要求。由于小水电和生物质能的特点，不适合建在城市中心区。生物质能的原料是垃圾或者农作物秸秆，这使得生物质能发电厂的建设考虑到原料的运输问题最好与原料采取就近原则，这样可以省下大笔的运输费用。而城市的垃圾厂主要在郊区，这就使得在城郊建设生物质能发电更加适合现状。由于城郊在城市和农村之间，发电量既可以选择输送到农村，也可以选择作为城市的补给。如图2所示。

分布式电源的发电量先供给城郊，多余的选择距离近的农村或者城市进行功率输送。如公式，P_z＝P₀+P₁+P₂，其中，P_z为分布式发电的总功率，P₀为流向城郊的功率，P₁为流向农村的功率，P₂为流向城市的功率。

三、电动汽车电池换电站的建设：

考虑到现实问题，不是每个地方都需要建设充换电站，大多数地方只需建设电池换电站即可。电池则采用每天或者几天由最近的充换电点配送一次的方法。

四、电池换电站的自助终端建设：

随着电动汽车的发展，电动汽车的电池充换电站作为基础，发展必须先于电动的发展，基础设施建设好，这样才能带动电动汽车的更好的发展，要不然会对电动汽车的发展起到阻碍的。

对于主动配电网的运营模式，从以下几方面考虑：

一、主动配电网中分布式电源运营模式：

1、“内包”运营模式

所谓“内包”运营模式是指分布式电源由电网公司来投资，运维的费用也都是电网公司出资，所产的电能自然也是电网的产品，由电网向用户销售，根据电能品质和国家的补贴政策，采用不同的、分时电价。

2、“外包”运营模式

所谓“外包”运营模式，是指由电网进行招标，对有资质的投资方进行筛选，最终把分布式电源的建设项目外包出去，分布式电源的运行和维护也是由投资方出资的，当然，投资方也是商品的受益者，对产出的电量进行销售，优先销售给用户，剩下的部分销售给电网，当然，要与电网签好并网协议。这种由第三方来投资的运营模式也是对长期以来电网垄断地位的改变。

3、联营模式

所谓联营模式，就是指电网公司和投资方一起参与，由电网公司进行招标，选定分布式电源建设的投资方，而这里的投资方只是投资建设分布式电源，运维费用由电网公司来支出。最终的获利根据事先签订的分红协议进行分红。

二、主动配电网中电动汽车电池充换电站运营模式：

1、与分布式电源共建的电池充换电站的运营模式

这类共建式的模式首先要考虑两者的利益关系。如果两者是同一投资方建设(本文称之为“模式一”)就不存在，但是如果两者是不同的投资方建设(本文称之为“模式二”)，就要考虑这个问题。

对于模式一来说，由于不用考虑内部的利益关系，相对来说比较简单。

式中，PG为分布式电源的发电功率，PL为居民负荷。

对于模式一二来说，当PG>PL时的情况需要区别对待。对于模式二来说，由于电池充换电站相当于分布式电源的储能装置，这对于分布式电源的投资方来说是减少了建设时对储能装置的投资，所以在用分布式电源的电进行充电时，需要比电网电的商品要低廉，但是对于分布式电源投资商来说，如果卖给电池充换电站的费用低于卖给电网的费用，他们宁愿把电卖给后者。所以，这就需要相应的机制进行调节。使两者的费用相同，但是为了保证资源的充分利用，使得分布式电源产生多余的电量优先流入电池充换电站中，国家需要采取激励措施，对这部分的电量进行补贴，由于充换电站的建设减少了分布式电源投资商的投资，所以补贴的费用充换电站得到的要更多。

对于共建式来说，能量流是有优先级的。能量由分布式电源先流向用户，再流向电池充换电站，最后还有剩余就流向电网。其优先级如3所示。

2、单独建设的电池充换电站的运营模式

对于单独建设的电池充换电站来说，可以将其看做是电力系统中的可调负荷，可以控制其充电时间，使之起到负荷整形的作用，可以削峰填谷。比如说，可以在夜间处于负荷低谷时对电池进行充电，而在负荷高峰期则避免充电动作。但是对于电池充换电站的容量，根据各地峰谷负荷的差距来确定。而充换电站的位置则要根据当地的交通规划、电网规划和交通特点来确定。

由于单独建设的电池充换电站不像共建的那样需要考虑分布式电源的建设位置，可以根据选址原则进行更好的选址，所以单独建设的电池充换电站选址比较自由，但是相对于共建来说投资比较大，而且由于没有接受分布式电源的能量，充电电价也要高一些，这就使得经济效益没有共建的好。

考虑对电力系统负荷的削峰填谷作用和以后有可能实施的分时电价政策，充电时间应该尽量选在电网电量充足，电网负荷空档期，这样不仅有效利用了电能，还对电网的负荷整形做出贡献，与最初发展电动汽车的目标也是相符的。

3、电池换电站的运营模式：

电池换电站的运营模式可以借鉴当今的快递模式。我国的快递行业高速发展，近几年已经形成了一定规模，运营管理方面已经算得上是比较成熟的了。快递运作的一般模式是，快递分拨主站将快递进行分区域投递，快递一层层运送，最终到达最底层的快递分拨底站。而担当快递分拨底站角色的既可以是公司直营的分站点，也可以是加盟的分站点。这也给电动汽车电池换电站带来了启示。

考虑到以后电动汽车的普及，需要使电动汽车可以像现在的汽车一样，可以轻而易举的“喝上油”。这就需要大量的投资建设电动汽车电池换电站。由于电池换电站比充换电站占地面积要小的多，而且换电池的操作可以机械操作也可以人工操作，这就为建设换电站提供了便利。根据我国快递模式得到的启示，可以与条件合适的商家建立合作，这样不仅可以减少建设费用，而且可以给商家带来额外效益，是一举两得的商业模式。

考虑到现代社会的发展，许多机构的营业网点都分布广、布点密集，比如说一些大型的连锁超市、连锁快餐店、电信类的营业厅、快递的网点、金融机构的网点等，电池换电站可以与多家机构采取合作的运营模式，这样对于土地资源来说也是得到了充分的利用，还可以减少一大部分投资。合作的运营模式对于电动汽车的发展起到不可估量的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种主动配电网建设方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）确定持续出力的分布式电源的建设地点：分布式电源的容量小于区域负荷时从电网中获取不足的负荷；热电联产厂的建设选址靠近热负荷，区域小水电和生物质能发电建设选址在城郊；

（2）确定间歇式分布式电源的建设地点；

（3）确定间歇式分布式电源的建设方式以及对应的电源配送方式。

2.根据权利要求1所述的一种主动配电网建设方法，其特征是，所述步骤2）中所述间歇式分布式电源的建设采用互补性联合建设。

3.根据权利要求1所述的一种主动配电网建设方法，其特征是，所述步骤3）中间歇式分布式电源采用以电池换电站为主，电动汽车电池充换电站为次的方式，其中，电池换电站的电池采用每天或若干天由最近的电动汽车电池充换电站进行配送的方式。

4.根据权利要求3所述的一种主动配电网建设方法，其特征是，所述电池换电站采用自助式电池更换终端，其充电计费方式采取IC卡模式。

5.一种根据权利要求1-4任意一项所述的主动配电网运营方法，其特征是，根据实际情况对分布式电源运营模式以及电动汽车电池充换电站运营模式进行选择；所述分布式电源运营模式分为：内包运营模式、外包运营模式和联营模式；所述电动汽车电池充换电站运营模式分为：与分布式电源共建的电池充换电站的运营模式、单独建设的电池充换电站的运营模式和电池换电站的运营模式。

6.根据权利要求5所述的一种主动配电网运营方法，其特征是，所述内包运营模式是指分布式电源由电网公司来投资，运维的费用由电网公司出资，所产的电能作为电网公司的产品，由电网公司向用户销售，根据电能品质和国家的补贴政策，采用不同的分时电价；

所述外包运营模式是指由电网进行招标，对有资质的投资方进行筛选，最终把分布式电源的建设项目外包出去，分布式电源的运行和维护由投资方出资；对与产出的电量，优先销售给用户，剩下的部分销售给电网公司；

所述联营模式是指电网公司和投资方一起参与，由电网公司进行招标，选定分布式电源建设的投资方，投资方只是投资建设分布式电源，运维费用由电网公司来支出。

7.根据权利要求5所述的一种主动配电网运营方法，其特征是，所述与分布式电源共建的电池充换电站的运营模式需要考虑两者的利益关系，如果两者是同一投资方建设就不存在，如果两者是不同的投资方建设，需要考虑；

所述单独建设的电池充换电站的运营模式中将电池充换电站作为电力系统中的可调负荷，通过控制其充电时间，使之起到负荷整形的作用，可以削峰填谷；

所述电池换电站的运营模式为与运营成熟的行业进行合作。