隨著大量可再生資源整合到電網，實時地平衡電網供需變得更加復雜。今天，電網必須在越來越短的時間內預測需求，同時可控的大型發電機組越來越少，基于逆變器的能源（例如，光伏、電池儲能和風能）卻越來越多。受當地天氣的影響，各種類型的可變可再生能源都有自己的間歇性發電模式。這種不可調度的性質與不斷變化的負載模式（由交通電氣化和供暖脫碳所驅動）相結合，使得當今電網的管理變得更加復雜。

分布式能源 (DER) 管理的智能化是電網效率的關鍵。Smarter Grid Solutions 和紐約州Rochester Gas & Electric (RG&E，AVANGRID Inc. 的子公司) 實施了一個試點項目，該項目使用來自分布式能源的可控無功功率來管理電壓和無功，目標是以最有效的方式向客戶輸送電力。該項目的結果突出了研究現代動態電壓管理技術與傳統靜態方法之間區別的重要性。

傳統的電壓支持方式依賴于變電站或傳統電容器組提供的無功功率（藍線）來為本地負載供電。

接入的問題

在將分布式能源連接到電網時，必須解決接入問題，需要獲得必要的公用事業批準。在不需要重大系統升級情況下，可安全接入的分布式能源容量取決于饋線的電氣特性。另一個問題是分布式能源快速增長時，配電網絡擁塞隨之而來。因此，高滲透率分布式能源配電網的電壓管理將是非常關鍵的問題。

在聯邦和州兩級，都希望找到一種方法來聚合和利用分布式能源，以盡可能經濟地解決電網級問題。可行的解決方案必須融合技術和經濟因素，以采用務實和現代的方法來管理不斷發展的電網。

從技術角度來看，如果分布式能源的接入方式不允許對其輸出進行監控和管理，則可能需要進行昂貴的電網改造來保證在各種運行條件下都可以安全可靠地接入分布式能源。但是，如果對分布式能源進行智能管理，它們不僅可以相互連接，以進一步提高滲透率，同時還不會對電網造成不利影響。

為了挖掘分布式能源通過智能管理向電網提供服務的潛力，首先要構建分布式能源參與電網服務的模型，該模型可以提供正確的響應來解鎖這些服務。從經濟角度來看，后續步驟側重于擴大公用事業收入來源并有效地將上述挑戰轉化為機遇的新商業模式。總之，這種分布式能源管理的技術經濟優化可以為公用事業商業模式提供一個框架，以便隨著新市場的發展而發展。

更多的分布式能源將導致更清潔、更靈活但也更復雜的電網。例如，許多現代分布式能源可用于輸出無功功率，從而有助于管理電網上的電壓和潮流。來自分布式能源的無功和電壓服務的新業務模型可以成為充分釋放分布式能源價值的解決方案的一部分。

Smarter Grid Solutions 和 AVANGRID 在紐約實施了一個試點項目，重點是使用無功功率調度進行配電網電壓管理。

無功調度

傳統上，配電網使用傳統且動態性很低的無功解決方案（通常包括電容器組）來解決局部饋線電壓管理問題。例如，如果饋線遇到欠壓問題，則提供一個并聯電容器以靜態提供無功伏安 (VAR) 將有助于電壓支持，無論外部條件如何，要么始終保持連接，要么基于季節性或日計劃切換。

日益動態和分布式能源密集型電網為適應分布式能源的安全、可靠互連，可能需要對系統進行重大升級。例如，配電饋線的光伏 (PV) 滲透率很高，在白天，光伏主動向饋線注入電力，導致局部電壓升高。現有的固定并聯電容器會進一步升高電壓，從而加劇了該問題，可能會導致失控的過電壓。到了晚上，光伏發電量下降，電壓曲線恢復到標稱配置，電壓由電容器組和其他在線電壓調節器支持。

基于逆變器的分布式能源在設計時可以改變其輸出的無功功率，而影響互連點的電壓。如果啟用此功能，分布式能源可能會替代現有的配電電容器組。

作為分布式能源管理系統（DERMS）所管理的電網服務，無功功率分配的工作原理是動態識別無功功率需求，然后直接從本地分布式能源滿足電壓無功需求。DERMS是實時控制平臺，可實現對單個或聚合分布式能源的監控和操作，它們通常與現有的公用事業運營系統連接。盡管分布式能源通常是由第三方安裝，并未深入了解電網的運行需求和分布式發電的影響，但DERMS的開發考慮了這些因素，并為公用事業提供了一個平臺，可以在其電網上智能、可靠地管理各種分布式能源。

隨著分布式能源滲透率的提高，公用事業公司將不得不應對全天急劇變化的電壓曲線。除常規措施外，使用替代的無功調度來提供局部電壓支持可以更有效地釋放分布式能源能夠為電網提供的服務。

模擬和實驗室結果

Smarter Grid Solutions 和RG&E 在紐約實施了一個試點項目，重點是使用無功調度進行配電網電壓管理。

首先是在 RG&E 的 Spencerport 線路上進行的模擬，該饋線已經具有 1.65 MVar 的固定電容器組，通過傳統的提供恒定無功功率來提供電壓支持；這將變電站的目標功率因數保持在 0.97 以及電壓在所需的范圍內。加入動態無功調度后，分布式能源能夠滿足當地無功功率需求，同時將電壓保持在水平范圍內，但這導致每年額外的 10.4 GVARh 總的無功功率上網。這些結果凸顯了研究現代動態電壓管理技術與傳統靜態方法之間互動的重要性。

在第二次試驗中，停用固定電容器組，以分析僅依靠智能管理的分布式能源提供無功功率支持的影響。

使用無功調度，本地分布式能源可以動態提供無功功率以滿足需求。

在第二次模擬中，停用固定電容器組，以分析僅依靠智能管理的分布式能源提供無功功率支持的影響。在這種情況下，分布式能源在變電站中動態支持電網將功率因數保持在0.97，從而有效地替代了電容器，消除了對電容器的需求，并避免了過多的無功功率上網。

隨著停用電容器和無功功率調度的加入，變電站提供的無功功率量被最小化。

在這項模擬和實驗室研究中電網的詳細電氣接線示意圖，Spencerport 變電站和相關饋線。

對于有電容器的場景1和沒有電容器的場景2，每小時平均從變電站流出無功功率。base case是正常運行，market case包括無功調度。

除了對無功功率調度影響的基于軟件的時間序列研究外，該項目的一個關鍵組成部分是DERMS 支持的分布式能源故障安全運行管理實施的概念驗證。隨著局部有源網絡管理 (ANM) 防故障邏輯的實施，DERMS 可以在模擬過電壓期間采取干預控制措施。雖然在第二種情況下干預控制操作的平均次數減少了——不存在電容器造成的系統無功供過于求現象——但在這兩種情況下，主動干預的防誤（fail-safe）控制層操作都要防止過壓的發生，以確保系統電壓保持在額定范圍內。

在清潔能源領域，此類項目展示了最佳的創新與敏捷合作，并提出有益的新方法和商業模式，這將有助于推動公用事業的發展。該試點展示了供應商和公用事業公司如何更有效地管理未來的配電網，以及如何實時優化分布式能源和電網運營，這是支持紐約州實現清潔、綠色未來的能源和脫碳目標的關鍵要素。

試點項目還構建了一個框架，為更好地管理不斷變化的電網指明方向，而這一問題已在新冠大流行期間因快速變化的電力消費而涌現。從試點項目中學到的東西可以幫助塑造未來的電網，使其在滿足供應（例如分布式能源的增長）和需求的不斷變化的情況和趨勢方面更加靈活和高效。

擴展解決方案

如果需要更廣泛地部署這類解決方案，下一步不僅要繼續接入和消納分布式能源，還要將其運營整合到現有電網。公用事業公司可以通過利用 DERMS 來管理其分布式能源，使其持續為客戶提供價值。

DERMS 可以提供主動干預式的防誤邏輯來實時管理分布式能源。

AVANGRID 正在探索部署這項技術并擴大其使用的方法。DERMS 是 RG&E 2020 年分布式系統實施計劃的關鍵部分，該計劃展示了該公司將分布式能源整合到紐約電網的戰略。AVANGRID 已經開始與Smarter Grid Solutions和其他技術提供商合作，通過在紐約的示范和試點項目實施有源網絡管理和低成本測量、監測和控制 (MM&C) 等關鍵技術。從 2022 年開始，通過汲取試點項目的經驗教訓將用于例行實施這些技術，目標是到 2025 年實施功能齊全的DERMS系統。同時，AVANGRID 計劃進行更多的現場概念驗證試驗以試點新的技術。

然而，在推廣創新解決方案時，可能給電力行業帶來新的問題，因為即使完成概念驗證現場試驗也需要大量投資。分階段的開發驗證使分析階段與現場試驗脫鉤，最后形成業務常態才有助于避免事后遺憾。

因此，至關重要的是，將基于全面學習的解決方案直接構建為業務常態。密切關注每個階段的業務案例開發，確保整個項目專注于客戶價值和最務實的擴展方法進行交付。選擇最佳技術和整體設計時要考慮到規模，并將重點放在大規模復制這一最終目標至關重要。

靈活、面向未來的系統

利用分布式能源是幫助實現凈零目標和溫室氣體減排目標的第一步。通過不斷創新和投資可帶來更靈活、更具彈性的電網，電力公用事業需要更多的注意力來支持針對分布式能源的靈活性創新。能源系統需要繼續創新以適應當前的趨勢和未來的需求。

分布式能源管理的路線圖涉及建立一個基礎的防誤配電平臺，該平臺為公用事業提供可視性和管理工具——因此它可以提供安全、可靠的服務——然后添加可以實現各種功能的其他電網服務，建立分布式能源參與模型。這方面的例子可能包括參與電力批發市場的經濟和優化問題，以及用戶側和其他形式的基于公用事業的高級優化，這些優化建立在一套先進的技術、分析工具、系統之上，這些技術、分析工具和系統都是為實時操作而強化的。

電力行業正在試驗如何最好地加速分布式能源的整合，這是一個新興領域，需要滿足政策和監管的目標。創建正確的激勵措施以實現靈活和有彈性的系統非常重要。Smarter Grid Solutions 和 AVANGRID 都在朝著這些目標不斷努力。

無功調度項目的另一個成果是分布式能源的分散管理還可以支持微電網的實施，它是跨 AVANGRID 服務區域彈性的、替代解決方案。對分布式能源管理和微電網的投資可以強化電網，并對發電和用電的變化做出快速響應。

分布式能源、無功調度以及隨后更加分散的能源供應和微電網都將創建一個技術生態系統，通過創建一個可持續的、有彈性的、面向未來的能源系統應對氣候變化，并為美國及其他地區用戶和諧發展提供幫助。