- 頭條發生大規模災害時，怎樣用現有電網，提供應急供電？2021-08-26 作者：魏強 楊耿杰 等 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語大城市在發生災害后，如果不能迅速恢復電力供應，就會由于水、食物和信息缺乏導致混亂。為此，在延續災害中不僅要保證重要負荷供電，還要保證居民基本用電（如照明和收音機），這種用電僅占正常供電水平的極少部分，因而有可能通過配網內的分布式電源提供。此時變壓器上損耗會有所增加，所以應采取分時供電減少電能浪費。福州大學電氣工程與自動化學院、潤電能源科學技術有限公司的研究人員魏強、楊耿杰、朱峰、郭謀發、劉仡然，在2020年第8期《電氣技術》雜志上撰文，基于微電網P/f下垂控制原理，設計了根據頻率削減用戶用電量的負載控制裝置。裝置不僅避免了分輪減載帶來的擾動和不公平，還可保證分布式電源的負載三相平衡，并防止用戶超預期用電。
隨著文明的發展，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，也帶來了很多問題。在危機發生時，為上百萬人提供水、食物和燃料，需要水泵、管網、供應鏈、交通指揮、燃油和通信協調才能完成。如果災害發生后不能保證電力供應，這個體系就會失效，從而帶來非常嚴峻的問題。
進入21世紀后，大規模自然災害頻繁發生，例如2004年印度洋海嘯、2005年新奧爾良颶風、2008年中國雪災等。災害發生后，首要的問題往往都是恢復電力供應。不過，災害發生時往往會破壞輸電網和電源，并且這種破壞可能規模巨大，長時間無法恢復。這時人們賴以生存的很多體系就會崩潰。為此，災害發生后的當務之急就是恢復供電。
目前多數應急供電方案都是在配電網中接入移動應急電源，并對接入進行了優化配置與調度的研究，但是這種供電方案僅能短時（幾天）給少數重要負荷（如水廠、重要通信中心等）供電，而不能長時間給居民使用。災害發生后，居民供電和關鍵負荷一樣重要，如果沒有基本電力保障，城市可能會很快陷入混亂。
隨著技術的進步，近年來分布式電源的研究獲得了長足的進展，光電和風電成本穩步下降，且能方便地部署于城市之中。此外，微網的運行理論也逐步成熟，國內外都有獨立運行的小規模微網示范工程。將分布式電源部署到配電網的有源配網也取得了不少研究成果。在災害或大電網事故發生時，微網也可為區域內的用戶提供應急電力供應，這對防災減災具有重要的意義。
目前的微網在部署時一般都經過預先設計，在設計階段僅考慮滿足有限的用戶需求，并根據具體情況選擇網絡結構和線路，以及控制策略和電源/儲能設施。這種模式在短期災害時為少量用戶供電并不存在問題，但是大規模延續災害后，需要利用極為有限的分布式電源和現有的配電線路（而不僅僅是微網線路），來為廣大區域的眾多用戶同時提供有限電力供應，此時預先設計的方案就不再適用，因而就必須設計相應的應急供電方案。
福州大學、潤電能源科學技術有限公司的研究人員提出了一種災害情況下可用的應急供電方案。方案本身沒有任何電能質量、可靠性或經濟性的考慮，著眼點在于利用分布式電源和現有配網，在沒有網絡等現代通信條件、電能極為匱乏的前提下，為城鎮居民在危急時提供最低的用電保障。
圖1 負載控制裝置原理圖
圖2 脈寬200ms時手機充電器的入口電流和電壓
圖3 脈寬50ms時手機充電器的入口電流和電壓
研究人員認為，在大規模延續災害發生后，不僅要給重要用戶提供應急電力供應，也需要給城鎮普通居民提供最低電力保障，才能確保災害后的秩序和恢復。居民的最低用電需求保證可以僅包括二次供水水泵、照明和手機上的收音機供電。
如果能夠提前對新能源的應急功能等作出統一規劃，并盡量做到各配電區域均有新能源接入，很小比例（常規用電量5%）的光伏/風電即可解決災害情況下全部居民的最低用電需求。因此，配電網內僅需存在常規用電量的5%左右的分布式電源即可保證應急供電。
應急供電時，可將10kV母線和線路從變電站的降壓變壓器斷開，構成微網，接于配網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。不過，由于多數配變處于極輕載狀態，網損比例會有所提高，因此應分時供電避免浪費能源。
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期用電，還可以通過控制脈沖的有無和比例來實現根據頻率影響負載用電量，從而為P/f下垂控制提供負荷側支持。
實驗表明這種方式可行，但應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。在實施P/f下垂控制時，還可以調整逆變器的下垂曲線位置和出力，再通過頻率進一步影響用戶用電量。此時不應使用二次調頻恢復頻率，以防削減負載需求的功能被抵消。
本文編自2020年第8期《電氣技術》，標題為“一種大范圍延續災害時可用的應急供電方案”，作者為為魏強、楊耿杰、朱峰、郭謀發、劉仡然。
