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隨著文明的發(fā)展，越來越多的人定居于大中型城市。城市在給人們提供便利的同時(shí)，也帶來了很多問題。在危機(jī)發(fā)生時(shí)，為上百萬人提供水、食物和燃料，需要水泵、管網(wǎng)、供應(yīng)鏈、交通指揮、燃油和通信協(xié)調(diào)才能完成。如果災(zāi)害發(fā)生后不能保證電力供應(yīng)，這個(gè)體系就會(huì)失效，從而帶來非常嚴(yán)峻的問題。

進(jìn)入21世紀(jì)后，大規(guī)模自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，例如2004年印度洋海嘯、2005年新奧爾良颶風(fēng)、2008年中國雪災(zāi)等。災(zāi)害發(fā)生后，首要的問題往往都是恢復(fù)電力供應(yīng)。不過，災(zāi)害發(fā)生時(shí)往往會(huì)破壞輸電網(wǎng)和電源，并且這種破壞可能規(guī)模巨大，長(zhǎng)時(shí)間無法恢復(fù)。這時(shí)人們賴以生存的很多體系就會(huì)崩潰。為此，災(zāi)害發(fā)生后的當(dāng)務(wù)之急就是恢復(fù)供電。

目前多數(shù)應(yīng)急供電方案都是在配電網(wǎng)中接入移動(dòng)應(yīng)急電源，并對(duì)接入進(jìn)行了優(yōu)化配置與調(diào)度的研究，但是這種供電方案僅能短時(shí)（幾天）給少數(shù)重要負(fù)荷（如水廠、重要通信中心等）供電，而不能長(zhǎng)時(shí)間給居民使用。災(zāi)害發(fā)生后，居民供電和關(guān)鍵負(fù)荷一樣重要，如果沒有基本電力保障，城市可能會(huì)很快陷入混亂。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，近年來分布式電源的研究獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，光電和風(fēng)電成本穩(wěn)步下降，且能方便地部署于城市之中。此外，微網(wǎng)的運(yùn)行理論也逐步成熟，國內(nèi)外都有獨(dú)立運(yùn)行的小規(guī)模微網(wǎng)示范工程。將分布式電源部署到配電網(wǎng)的有源配網(wǎng)也取得了不少研究成果。在災(zāi)害或大電網(wǎng)事故發(fā)生時(shí)，微網(wǎng)也可為區(qū)域內(nèi)的用戶提供應(yīng)急電力供應(yīng)，這對(duì)防災(zāi)減災(zāi)具有重要的意義。

目前的微網(wǎng)在部署時(shí)一般都經(jīng)過預(yù)先設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段僅考慮滿足有限的用戶需求，并根據(jù)具體情況選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和線路，以及控制策略和電源/儲(chǔ)能設(shè)施。這種模式在短期災(zāi)害時(shí)為少量用戶供電并不存在問題，但是大規(guī)模延續(xù)災(zāi)害后，需要利用極為有限的分布式電源和現(xiàn)有的配電線路（而不僅僅是微網(wǎng)線路），來為廣大區(qū)域的眾多用戶同時(shí)提供有限電力供應(yīng)，此時(shí)預(yù)先設(shè)計(jì)的方案就不再適用，因而就必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的應(yīng)急供電方案。

福州大學(xué)、潤(rùn)電能源科學(xué)技術(shù)有限公司的研究人員提出了一種災(zāi)害情況下可用的應(yīng)急供電方案。方案本身沒有任何電能質(zhì)量、可靠性或經(jīng)濟(jì)性的考慮，著眼點(diǎn)在于利用分布式電源和現(xiàn)有配網(wǎng)，在沒有網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代通信條件、電能極為匱乏的前提下，為城鎮(zhèn)居民在危急時(shí)提供最低的用電保障。

圖1 負(fù)載控制裝置原理圖

圖2 脈寬200ms時(shí)手機(jī)充電器的入口電流和電壓

圖3 脈寬50ms時(shí)手機(jī)充電器的入口電流和電壓

研究人員認(rèn)為，在大規(guī)模延續(xù)災(zāi)害發(fā)生后，不僅要給重要用戶提供應(yīng)急電力供應(yīng)，也需要給城鎮(zhèn)普通居民提供最低電力保障，才能確保災(zāi)害后的秩序和恢復(fù)。居民的最低用電需求保證可以僅包括二次供水水泵、照明和手機(jī)上的收音機(jī)供電。

如果能夠提前對(duì)新能源的應(yīng)急功能等作出統(tǒng)一規(guī)劃，并盡量做到各配電區(qū)域均有新能源接入，很小比例（常規(guī)用電量5%）的光伏/風(fēng)電即可解決災(zāi)害情況下全部居民的最低用電需求。因此，配電網(wǎng)內(nèi)僅需存在常規(guī)用電量的5%左右的分布式電源即可保證應(yīng)急供電。

應(yīng)急供電時(shí)，可將10kV母線和線路從變電站的降壓變壓器斷開，構(gòu)成微網(wǎng)，接于配網(wǎng)末端的分布式電源通過10/0.38kV的配電變壓器升壓給10kV線路提供電力供應(yīng)。不過，由于多數(shù)配變處于極輕載狀態(tài)，網(wǎng)損比例會(huì)有所提高，因此應(yīng)分時(shí)供電避免浪費(fèi)能源。

由于用充電器主要為鋰電池充電器，所以可給用戶提供300V的窄脈寬方波來供電。這樣不僅可以防止用戶超預(yù)期用電，還可以通過控制脈沖的有無和比例來實(shí)現(xiàn)根據(jù)頻率影響負(fù)載用電量，從而為P/f下垂控制提供負(fù)荷側(cè)支持。

實(shí)驗(yàn)表明這種方式可行，但應(yīng)避免供電脈寬過窄或有/無脈沖切換過于頻繁，以防用戶充電器過熱燒毀。在實(shí)施P/f下垂控制時(shí)，還可以調(diào)整逆變器的下垂曲線位置和出力，再通過頻率進(jìn)一步影響用戶用電量。此時(shí)不應(yīng)使用二次調(diào)頻恢復(fù)頻率，以防削減負(fù)載需求的功能被抵消。

本文編自2020年第8期《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“一種大范圍延續(xù)災(zāi)害時(shí)可用的應(yīng)急供電方案”，作者為為魏強(qiáng)、楊耿杰、朱峰、郭謀發(fā)、劉仡然。