面向分布式能源并网的异构电力通信技术发展趋势分析
刘健阳
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刘健阳,. 面向分布式能源并网的异构电力通信技术发展趋势分析[J]. 无线电研究,2022.6. DOI:10.12721/ccn.2022.157052.
摘要:
分布式能源并网是将分散的分布式能源集中接入配电网络的过程,如何克服并网过程中的电压波动、控制计量等问题是分布式能源发展的重点。5G、Zigbee、电力线载波等异构电力通信技术具有低时延、低能耗、可靠性高等特点,能够满足分布式能源并网的差异化通信需求。本文首先简单的介绍了我国分布式能源的发展现状,分析了分布式能源并网的需求和异构电力通信技术的特点,并重点介绍了异构电力通信技术在分布式能源并网中的应用与发展趋势。
关键词: 分布式能源并网异构电力通信技术
DOI:10.12721/ccn.2022.157052
基金资助:

0引言:一般来说,智能电网具备“自愈,安全,兼容,交互,协调,高效,优质,集成”的功能特点[1],而分布式能源就兼备其中的“兼容,交互,协调”等特点,分布式能源并网指将分散的分布式能源进行集中并网接入配电网络并保证电网的可靠运行,是发展分布式能源,建设强大智能电网必不可缺的一步,在国家“碳达峰,碳中和”目标的实现过程中有着重要意义。

1我国现阶段分布式能源并网的通信需求

1.1我国现阶段分布式能源并网的发展

我国电力系统长久以来都是以集中式的火力发配电为主,能耗大,效率低,还存在着不容忽视的环境污染问题,分布式能源更加高效、环保,可以有效提高我国电力系统的多样性,稳定性,作为电力系统的有效补足。

目前我国的分布式能源并网发展仍处于初期,主要形式有发电端分布式光伏发电、分布式风力发电、负荷端的空调热水器等电器、储能端的分布储能电池等,其中分布式光伏发电占比最大,发展程度最高。近年来国家对分布式能源的发展愈加重视,不断推出政策推动分布式能源发展,“十四五”时期,发展分布式能源也将作为提高资源利用效率,加快发展方式绿色转型的重要助力。

1.2现阶段分布式能源并网的通信需求

分布式能源虽然具备诸多优点,但在对分布式能源进行并网时,会对电网的电能质量和稳定性造成一定影响,产生电压波动、三相不平衡等不可忽视的问题,如何在有效利用分布式能源的同时保持配电网络的稳定性是分布式能源并网的关键。

由于分布式能源是大量分散且实时变动的,分布能源在电网中的接入或退出都会实时影响电力系统的电能质量和负荷,加大了电力系统预测电能变化并进行合理规划的难度,对电力系统的稳定性产生影响。因此,分布式能源的并网需要有低时延、低能耗、广范围且高可靠性的通信手段的参与,方能做到根据分布式能源并网退网的实时状况,对电力系统的电能质量和负荷状况进行实时的评估和预测并依此对电网进行精确的动态调节和规划。

2.我国现阶段异构电力通信技术介绍

目前为适应电力系统的多样性、智能化发展,多种通信手段已在电力系统尤其是智能电网中得到广泛运用。电力线载波通信技术和以此为基础的工频通信,能够直接通过已有的输电线路为媒介进行通信,无需再额外建设通信线路,成本低可靠性高;Zigbee作为一种短距离无线通信技术,具有低时延、低能耗、成本低等多种优势;5G通信技术是目前国内通信技术发展的绝对热点,具备高速率、低时延、高可靠性的通信特点;以太网无源光网络技术结合了以太网与无缘光网络的优点,具有易于维护,可靠性高的特点。

3.异构电力通信技术在分布式能源并网的发展趋势

3.1分布式光伏、风电组件

光伏发电与风力发电主要位于分布式能源发电环节,都是目前中国主要利用的可再生清洁能源,具有成本低、绿色无污染、安全可靠、利于维护等特点。但由于光伏与风力发电都是利用自然资源进行发电,环境的随机变化会对发电系统的稳定性造成较大影响。如光伏发电就受到天气情况尤其是日照强度的影响,且在夜晚及阴天时不能够进行发电,风力发电也会受到风力强度影响,环境变化导致的不可避免的发电系统的波动性与频繁的并入退出电网都会影响电网的电能质量与稳定性[2]。除此之外,光伏与风力发电设备都需要布置在相应自然条件充裕的地区,通常地处偏远,远离需求电力的负荷端,在长距离传输的过程中损耗较大,还会降低电网电能质量。

5G通信作为新一代移动通信技术,其核心是提高性能并能满足多样的差异化的需求,具有低时延、高速率、高容量、高可靠性、覆盖范围广等特点[3],对于分布广泛实时变化的分布式光伏与风电网络来说,5G的这些特点能够实现对广泛分布的发电系统并入退出情况与电能质量等大量动态数据的实时监控,并针对电网与负荷端需求情况进行相应的实时精准调控,与分布式光伏与风电并网的通信需求具有良好适配性。

3.2充电桩、分布式电池等储能设备

电动汽车充电桩,分布式电池等分布式能源储能设备,分布广泛,且大多靠近用户端,作为分布式能源的重要组成部分,分布式储能在分布式能源并网中能够起到削峰填谷,参与电网实时调控的作用。在发电阶段,分布式储能可以根据发电与负荷需求情况选择性的放出或储存能量,尤其是对于光伏等波动较大的发电端,能够很好的降低电网电压波动,保证电能质量。在用户端,用户可以通过将分布储能并入电网,通过不同负荷需求情况导致的电价高低变化来进行存放电能,并以此赚取差价实现盈利,同时也能够参与电网的削峰填谷[4]

电力线载波通信与以此为基础的工频通信技术无需额外架设通信网络,而是可以直接通过已有输电网络进行通信,灵活便利,成本低,由于分布的储能多靠近负荷端,电力线载波通信长距离传输信号衰减较大的缺点也得以避免。低成本,高可靠,灵活便利的的电力线载波通信与工频通信,能够较好的适配充电桩等分布式储能的并网通信要求。

3.3空调、电热水器等电器

空调、电热水器等高耗能电器虽位于电力系统的负荷端,但通过减少、避免在用电高峰期使用,也能够对电网进行一定的削峰填谷作用。Zigbee作为一种短距离无线通信技术,成本与能耗都较低,且稳定高效,可以通过应用于智能家居的方式调节电器耗能,间接参与电网的稳定工作。

4结束语

随着中国能源转型进程的不断推进,分布式能源将在中国能源结构中所占比重注定将不断加大,发展分布式能源将成为未来趋势。本文介绍了当前分布式能源并网发展现状,并对不同形式分布式能源并网的通信需求进行了分析,探讨了5G、电力线载波Zigbee等异构通信技术在分布式能源并网中的应用可能与发展趋势,这些通信技术将成为分布式能源发展的动力。

参考文献

[1]张文亮,刘壮志,王明俊,杨旭升.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术,2009,33(13):2-3.

[2]沈鑫,曹敏.分布式电源并网对于配电网的影响研究[J].电工技术学报,2015,30(S1):346-351

[3]王宏延,顾舒娴,完颜绍澎,于佳.5G技术在电力系统中的研究与应用[J].广东电力,2019,32(11):78-85

[4]李建林,袁晓冬,郁正纲,葛乐.利用储能系统提升电网电能质量研究综述[J].电力系统自动化,2019,43(08):15-24

作者简介:刘健阳(2001.12.06-)男,汉族,籍贯湖南,本科,就读于华北电力大学

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