主动配电网关键技术及示范应用.pdf

1、主动配电网关键技术及示范应用李庆生贵州电网有限责任公司2018年11月第2页目录项目背景1技术路线及关键技术2工程应用3第3页项目背景弃风、弃光问题严重制约风、光等可再生能源发展化石能源短缺及污染问题 可再生能源技术发展与进步*2017年，中国全年弃风电量419亿千瓦时（12%），弃光电量73亿千瓦时（6%），直接经济损失费240亿元，并严重阻碍我国可再生能源的发展注*：2017年国家能源局统计数据第4页项目背景-解决弃风弃光的技术手段注*：中国工程院我国未来电网格局研究（2020）咨询意见*基于长距离输电“西电东送”规模会出现拐点，东部地区应该在能源革命的前提下，努力开发本地区的分布式可再生

2、能源，尽量减少电力远距离输送输电网 配电网集中消纳（输送并使用）：在风光渗透率（发电量占比）达到30%40%存在瓶颈就地消纳：分布式能源接入后的配电网西电东送第5页网络通信天然气管线配电天然气发电制冷系统供热热能输出商业和居民用户分散式风电分布式光伏储能系统能源大数据用户节能电动汽车计费交易智能仪表采集用户数据EMS、DMS区域微网控制中心可再生能源发电冷热电三联供装置发电输电变电微网/用户负荷项目背景风光发电波动大、热电综合利用效率低、电网支撑能力不足是制约高比例分布式能源配电网就地消纳的“卡脖子”技术问题第6页网络通信天然气管线天然气发电制冷系统供热热能输出商业和居民用户智能风电分布式光伏

3、储能系统能源大数据用户节能电动汽车计费交易智能仪表采集用户数据EMS、DMS区域微网控制中心可再生能源发电冷热电三联供装置发电输电变电微网/用户负荷面向高渗透可再生电源消纳、冷热电能源互补、网络拓扑灵活调节、分布式可控资源主动利用的主动配电网技术是解决“卡脖子”挑战的核心技术。应对多种分布式电源接入后的配电网络电网热网项目背景第7页系统性工程示范系统性装备研制系统性支撑技术项目背景第8页目录项目背景1技术路线及关键技术2工程应用3第9页总体技术路线 一二次协调创新点四 主动配电网多目标优化规划 用户互动 孤岛多点并离网运行控制技术创新点二主动配电网故障处理与孤岛运行 同步相位纵联判据技术高可靠

4、性 自适应跟踪控制技术 态势感知、动态组网的协同交互控制技术创新点一主动配电网区域协同控制创新点三主动配电网多能协同控制状态感知多区域管理多能源管理多模切换状态反馈以间歇性可再生能源在配电网优化消纳为目标，聚焦分布式可控资源纳入电网调控体系的技术实现方案，在主动配电网区域协同、多能协同、故障处理以及规划四方面取得重要创新和突破。正常运行状态故障检修状态主动化运行架构 储能优化配置 余热回收 热电解耦技术 多能互补利用 多能互补集成第10页正常状态下的优化思路以间歇性可再生能源在配电网优化消纳为目标，在主动配电网区域协同、多能协同以及系统运行优化取得重要突破区域控制分层分区能源管理提高运行稳定性

5、拓扑灵活的主动配电网区域协同控制技术多能协同提高能源利用效率提高电源调节能力冷热电解耦的主动配电网多能协同控制技术优化运行提高配电网接纳可再生能源能力态势感知的主动配电网运行优化技术三大技术瓶颈发电间歇性、波动性热、电综合利用效率低配电网支撑能力不足第11页拓扑灵活的主动配电网区域协同控制技术分布式能源独立接入配电网分布式能源以微电网接入配电网各区域“自给自足”式控制缺乏区域间协同,造成资源浪费现状与问题IEEE1547系列标准规定分布式能源接入配电网不满足电压、频率等技术指标时必须切机退出目标解决配电网多区域协同调节的技术难点发明内容间歇式能源多级分层消纳模式区域范围划分配电区域联络线交换功

6、率自适应跟踪控制技术 区域间交互控制孤岛运行优化与并离网无缝切换故障情况处理第12页间歇式能源多级分层消纳模式ZL201210013976.3，ZL201310047789.1，ZL201610642383.1等模式效果拓扑灵活的主动配电网区域协同控制技术点、线、面的消纳能力按15.9%，30.3%和48.4%逐级递增多级分层消纳点消纳线消纳面消纳间歇式能源出力供-用配比关系全局优化区域自治 区域自治区域间交互实时控制+灵活拓扑第13页以动态馈线误差指标（DFCE）对局部自治区域进行协调自治控制区域配电区域联络线交换功率自适应跟踪控制技术基于IEC61850构建自治控制区域模型和动态分区机制Z

7、L201310048295.5，ZL201310047762.2，ZL201620762662.7等效果优化后负荷目标值实际负荷净负荷实时功率波动的最优控制实时功率波动20%多自治区域间的有机协调拓扑灵活的主动配电网区域协同控制技术第14页冷热电解耦的主动配电网多能协同控制技术冷、热、电三联供系统发电和供热存在耦合性分布式能源分散接入，各自为政能源综合利用效率低，缺乏网-源交互手段现状与问题在电、冷、热能源综合供给时，缺乏灵活调节能力目标解决多种类型能源接入带来的多能互补协调运行难题发明内容冷、热、电多能协同控制技术发电设备层面网源协调优化控制方法 源-网协同层面第15页天然气吸收式热泵缸套水

8、中温喷淋换热器烟气20S用户低温喷淋换热器蓄能罐发电缸套水换热器生活用水供暖发电上主动配电网电动压缩式热泵输电网络高压配网110kVG G G G中压配网10kV低压配网0.4kV负荷负荷主动配电网MG微网光伏风力发电燃气 内燃 机厂内用 电输电热电冷三联供系统用户 用电ZL201510558242.7 等，Journal of Modern Power Systems&Clean Energy 等适用于主动配电网的余热回收蓄能型冷热电联供装置电力低谷期消耗系统发电冬季向用户供热夏季向用户供冷传统三联供系统余热回收型三联供系统效果冷热电多能协同控制技术机组发电出力调节范围达到其额定功率50%以

9、上突破传统装置定比例控制约束提高主动配电网经济运行调节范围冷热电解耦的主动配电网多能协同控制技术第16页冷热电解耦的主动配电网多能协同控制技术效果模型预测控制网源协调控制2、发明了网源协调优化控制方法MPC控制较PI控制更好的将自治区域交换功率维持在全局优化值附近全局运行决策系统调整能力预测预测控制单元分布式能源B分布式能源A提高可控分布式能源对目标功率的追踪能力实现对目标功率快速跟踪保证间歇式能源发挥效益ZL201310048291.7，ZL201310161429.4，ZL201520951766.8等第17页态势感知的主动配电网运行优化技术间歇式能源具有不确定性主动配电网可控设备“即插即

10、忘”配电网对间歇式能源接纳能力不足现状与问题配电网功率波动大，潮流方向、短路电流不确定目标解决功率倒送、配电网整体运行优化等难题发明内容基于态势指标的主动配电网运行优化技术分布式能源优化配电网的主动负荷管理技术柔性负荷优化第18页态势感知的主动配电网运行优化技术18基于态势指标的主动配电网运行优化技术ZL201510643421.0等，Electrical Engineering&Technology，Energies等 00:00时间(h)05:00 10:00 15:00 20:00优化前网络损耗值网络损耗值(kW)优化后网络损耗值优化模型约束条件潮流约束功率约束间歇式能源不确定性间歇式能

11、源预测偏差基数指标主动配电网态势感知指标效果t/h萧海控制误差/MWt/h萧海各储能功率/MWt/h萧海各储能SOCt/h馈线净负荷变化/MW控制误差能量型功率型1功率型2能量型功率型1功率型2无控制净负荷控制后净负荷+,1:.(),ttiit iit iiTti ti itpp p psti t T 降低电网峰谷差电网对间歇式能源接纳能力提高12.5%减少优化变量的个数以及可行解的范围兼顾间歇式能源不确定性和电网经济性的优化运行第19页配电网的主动负荷管理技术ZL201510558387.7，ZL201610618058.1，International Transactions on Ele

12、ctrical Energy Systems等 负荷响应特性居民负荷商业负荷工业负荷负荷潜力评估方法用户级负荷区域级负荷功率优化配置柔性负荷有序分配补偿标准潜力概率模型目标设定协同控制策略效果态势感知的主动配电网运行优化技术家庭设备分类确认设备状态接收电价信息（推进式）第一次响应电价（A、B类响应）计算柔性负荷总额并上送是否同意上级提供的调节合约第二次响应实时电价或获得合约补偿支撑用户参与互动的架构实现第20页故障状态下的控制技术基于态势指标的主动配电网运行优化技术 现状 分布式能源接入配电网导致短路故障判据难以适用；主动配电网多点灵活并离网无缝切换；技术难点现状主动配电网运行优化技术分布式能

13、源接入配电网导致传统的短路故障判据难以适用含分布式能源配电网故障运行状态下的孤岛运行困难同步相位纵联判据技术同步采样孤岛运行主动配电网故障处理与孤岛运行技术故障定位主动配电网纵差保护技术多点并离网运行控制技术第21页基于同步相位纵联判据的主动配电网故障处理技术基于态势指标的主动配电网运行优化技术3、发明了孤岛运行优化与并离网无缝切换技术基于同步相位纵联判据的主动配电网故障处理技术第22页孤岛运行优化与并离网无缝切换技术孤岛运行优化与并离网无缝切换技术效果孤岛运行优化ZL201310048316.3等，International Transactions on Electrical Energy

14、 Systems等 将分布式能源控制系统与智能分布式馈线自动化有机结合基于改进贪婪法逐步寻优策略的孤岛划分算法孤岛区域的自动识别主动配电网多点并离网无缝切换运行决策优化系统协同交互控制器 负荷主动管理系统风机柔性负荷光伏储能柔性负荷孤岛离网稳定运行多点灵活并离网无缝切换逐步最优的孤岛划分算法孤岛主电源IBF分段开关已划入孤岛的区域未划入孤岛的区域R1R2R3R4R5R1R2R3R4R5R1R2R3R4R5孤岛寻优方向孤岛寻优方向第23页主动配电网规划技术基于态势指标的主动配电网运行优化技术规划以满足最大预测负荷为依据，配电网资产无法充分利用，也忽略了分布式能源的主动消纳能力规划方法简单网架结构

15、单一无法实现源网荷的协调控制管理技术难点 三联供等多类型能源分布式接入的多目标优化问题 配电网规划方案主动化水平的量化评估基础研究模型算法考虑运行、用户多种因素的规划技术应用及评估混合储能系统接入配电网的互补优化配置主动配电网的一二次统筹规划电源-用户互动模式下的主动配电网规划主动配电网规划的多目标优化主动配电网规划及评价体系第24页建立了一套主动配电网规划评价体系基于态势指标的主动配电网运行优化技术主动配电网规划评价体系南方电网企业标准1项主动配电网规划技术导则（即将发布,国内首个主动配电网企标）评价指标-反映主动配电网主动性特征的综合指标 主动化水平反映主动化水平，高、中、低 新定义或概念

16、8个新的概念ADN规划指标体系经济性建设 投资成 本 运行 维 护 成 本可靠性最大 负荷 供 应 能 力 预计 年 停 电 小 时数优质性节点 电 压 水 平 电能 质量治 理 七个综合指标：网架结构、设备利用率及可再生能源消纳率、供电安全水平、电压无功调节、分布式电源接入、自动化系统、主动控制系统8个新的概念：主动控制和主动管理、可控负荷、分布式电源容量及电量渗透率、正向及反向容载比、可转供线路和可转供电率、分布式能源可信出力、可信电力电量平衡、一二次规划协调的原则第25页研制的主站系统及系列装置产品基于以上研究，研发2个核心系统、5大类，11小类系列化控制终端，1个仿真测试平台实时控制设

17、备优化管理系统区域控制 就地控制主动配电网全局运行决策系统负荷主动管理系统ADN-CIT100协同交互控制器A23568_CSC-850小水电控制管理单元A23567_CSC-850冷热电三联供控制管理单元ADN-SCC101储能控制管理单元ADN-SNC101光伏控制管理单元ADN-SNC102风电控制管理单元ADN-SNC103电动汽车充电桩管理单元就地控制仿真测试平台仿真测试主动配电网灵活组态实验平台余热回收蓄能型冷热电联供装置ISFA000_FTU馈线自动化监控装置ETI2016-2-601智能用户终端第26页目录项目背景1技术路线及关键技术2工程应用3第27页3工程应用-工程概况 示

18、范工程选址通过对全省分布式资源及电网网架调研分析和计算，确定示范工程选址于贵州省贵阳市红枫湖东岸，供电区域面积约3.35平方公里。示范工程所在位置第28页 第28页 示范工程区域卫星图3工程应用-工程建设35kV水塘变110kV北门变35kV清镇变10kV水湖线10kV水培线（专线）10kV水云线10kV北云回10kV镇伍线示范区覆盖三座变电站的5条10kV线路，其中公用线路4条，专用线路1条，共有配变194台，总容量66.03MVA，最大负荷20.42MW。第29页 示范工程于2016年04月开工，2017年01月正式投产。接入电源容量：12MW 1、冷热电联供机组：1500kW 2、光伏：

19、254kW 3、储能：2100kW200kWh 4、水电：112 MW 5、风电：3100kW 6、电动汽车充电桩：3101100kW 示范工程建设情况3工程应用-工程建设第30页 示范工程于2016年04月开工，2017年01月正式投产。接入电源容量：1、冷热电联供机组：1500kW2、光伏：254kW3、储能：2100kW200kWh4、水电：112MW5、风电：3100kW6、电动汽车充电桩：3101100kW 示范工程建设情况3工程应用-工程建设第31页 示范工程建设情况3工程应用-工程建设 示范工程于2016年04月开工，2017年01月正式投产。接入电源容量：1、冷热电联供机组：1

20、500kW2、光伏：254kW3、储能：2100kW200kWh4、水电：112MW5、风电：3100kW6、电动汽车充电桩：3101100kW第32页 示范工程建设情况3工程应用-工程建设 示范工程于2016年04月开工，2017年01月正式投产。接入电源容量：1、冷热电联供机组：1500kW2、光伏：254kW3、储能：2100kW200kWh4、水电：112MW5、风电：3100kW6、电动汽车充电桩：3101100kW第33页 示范工程建设情况3工程应用-工程建设 示范工程于2016年04月开工，2017年01月正式投产。接入电源容量：1、冷热电联供机组：1500kW2、光伏：254k

21、W3、储能：2100kW200kWh4、水电：112MW5、风电：3100kW6、电动汽车充电桩：3101100kW第34页 示范工程建设情况3工程应用-工程建设 示范工程于2016年04月开工，2017年01月正式投产。接入电源容量：1、冷热电联供机组：1500kW2、光伏：254kW3、储能：2100kW200kWh4、水电：112MW5、风电：3100kW6、电动汽车充电桩：3101100kW第35页 示范工程建设情况3工程应用-工程建设 示范工程于2016年04月开工，2017年01月正式投产。接入电源容量：1、冷热电联供机组：1500kW2、光伏：254kW3、储能：2100kW20

22、0kWh4、水电：112MW5、风电：3100kW6、电动汽车充电桩：3101100kW第36页 示范工程建设情况-接入柔性负荷3工程应用-工程建设 共110套智能用户终端，柔性负荷400kW。第37页主站系统：主动配电网全局运行决策系统、负荷主动管理系统在培训中心示范工程控制室投运。示范工程建设情况3工程应用-工程建设第38页主站系统：主动配电网全局运行决策系统、负荷主动管理系统在清镇供电局调度集控中心投运。示范工程建设情况3工程应用-工程建设第39页3工程应用-工程建设 集成多能源系统的主动配电网示范工程于2017年1月在贵阳清镇红枫正式投运。自投运以来，示范工程及全局运行决策系统、负荷主

23、动管理系统等已连续可靠运行600多天。示范工程整体运行情况第40页3工程应用-工程建设 截止2018年9月，示范工程分布式电源总发电量71万kWh，减少碳排放264吨，未发生弃风、弃光、弃水，实现分布式可再生能源100%就地消纳 示范工程运行情况-累计发电量第41页 示范工程一次网架图3工程应用-工程一次网架网架按照任务一规划成果增加了线间联络线以实现线路间的相互联络。第42页 示范工程FA配置网架图3工程应用-工程系统结构主动配电网的全局运行决策系统DTU型FA10套FTU型FA16套在16台柱上开关和10个环网柜中安装了26套课题研发的新型分布式FA装置实现了主站对开关运行状态、潮流数据的

24、采集、实现了开关远控、配网自动化、自动同期功能。第43页 示范工程控制系统架构3工程应用-工程系统结构协同交互控制器协同交互控制器用户智能终端DG控制管理单元智能控制设备主动配电网的全局运行决策系统主动负荷管理系统冰箱 空调/电热泵 示范工程控制系统分为主站层、协同交互控制层（中间层）、终端层组成，均使用了课题研发的系统及装置。第44页3工程应用-多级分层架构的控制体系第45页8436.97kW2608.18kWP=5828.79kW11572.54kW3982.08kW P=7590.46kWP=1761.67kWP%=23.21%工程应用-现场多源协调优化控制实验第46页全局运行决策优化现

25、场测试 源网荷互动 FCE控制工程应用-现场FCE实验第47页三联供系统现场测试效果无功进相运行最大值可达有功出力的50%工程应用-现场三联供机组效率测试第48页无功电压优化闭环控制过程无功进相运行最大值可达有功出力的50%工程应用-现场无功控制实验第49页3工程应用-示范效果主要指标*示范工程实施前 示范工程实施后效果渗透率 1 0%20%30%50%峰谷差 7590kW 5828kW网 损 4.38%3.76%主站及装置可靠性，数据准确率、及时率无控制系统 1 00%供 电可靠 率 9 9.77%9 9.99%故障处理与恢复时间 2-3小时 80%*数据来源于示范工程第三方（国网电科院）测试报告及贵阳供电局运行统计数据第50页3工程应用-主动化水平评估主动化水平评估指标示范工程实施前指标评估示范工程实施后指标评估网架结构 低 中设备利用率 低 中供电安全水平 低 高电压无功调节 低 高分布式电源接入及微网运行低高自动化及通信系统低高主动控制系统 低 高*数据来源于示范工程评估报告第51页3工程应用-推广展望 形成具有自主知识产权的主动配电网协同控制与优化系统，推动了行业进步，区域弃风弃光的就地解决问题得到了很大的改善 相关成果在“一带一路”沿线国家得到了推广应用，促进了与相关国家的互联互通 联络线交换功率技术可以有效改进配售电公司交易的协调性和计划性第52页谢谢！