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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，也帶來了很多問題。在危機發(fā)生時，為上百萬人提供水、食物和燃料，需要水泵、管網(wǎng)、供應鏈、交通指揮、燃油和通信協(xié)調(diào)才能完成。如果災害發(fā)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(guī)模自然災害頻繁發(fā)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(fā)生后，首要的問題往往都是恢復電力供應。不過，災害發(fā)生時往往會破壞輸電網(wǎng)和電源，并且這種破壞可能規(guī)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(fā)生后的當務之急就是恢復供電。

目前多數(shù)應急供電方案都是在配電網(wǎng)中接入移動應急電源，并對接入進行了優(yōu)化配置與調(diào)度的研究，但是這種供電方案僅能短時（幾天）給少數(shù)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(fā)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(wěn)步下降，且能方便地部署于城市之中。此外，微網(wǎng)的運行理論也逐步成熟，國內(nèi)外都有獨立運行的小規(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。在災害或大電網(wǎng)事故發(fā)生時，微網(wǎng)也可為區(qū)域內(nèi)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(wǎng)在部署時一般都經(jīng)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(jù)具體情況選擇網(wǎng)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(guī)模延續(xù)災害后，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(jīng)濟性的考慮，著眼點在于利用分布式電源和現(xiàn)有配網(wǎng)，在沒有網(wǎng)絡等現(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(guī)模延續(xù)災害發(fā)生后，不僅要給重要用戶提供應急電力供應，也需要給城鎮(zhèn)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(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(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(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。不過，由于多數(shù)配變處于極輕載狀態(tài)，網(wǎng)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(xiàn)根據(jù)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(diào)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(diào)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(xù)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(fā)、劉仡然。