主動配電網(wǎng)導論

1、1. 1. 智能配電網(wǎng)特點智能配電網(wǎng)特點2. 主動配電網(wǎng)的基本概念3. 主動配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)智能配電網(wǎng)的特點集中式發(fā)集中式發(fā)電和分布電和分布式發(fā)電并式發(fā)電并行行電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運行，交直流行，交直流混合電網(wǎng)混合電網(wǎng)消費者正消費者正在變成發(fā)在變成發(fā)供者供者高峰時峰高峰時峰谷差加大谷差加大電動汽車電動汽車正在快速正在快速出現(xiàn)出現(xiàn)儲能裝置儲能裝置分布式發(fā)電在輸電網(wǎng)中產(chǎn)生雙向潮流 當分布式可再生能源發(fā)電達到一定比例時，不僅在低壓側(cè)會出現(xiàn)雙向潮流，在中壓測，甚至在高壓側(cè)，也會出現(xiàn)雙向潮流。分布式發(fā)電在低壓電網(wǎng)產(chǎn)生過電壓問題高滲透率可再生能源發(fā)電要求系統(tǒng)具備比較高的靈活性2012年，德國的光伏發(fā)電量占年

2、總發(fā)電量的%5， 但是光伏發(fā)電功率與負荷之比有時卻高達50%。人們對高可靠性供電的要求越來越高借助于scada和合環(huán)運行，新加坡電網(wǎng)的運行可靠性已經(jīng)高達99.9999% 利用現(xiàn)代傳感和計算技術(shù)實現(xiàn)對各個裝置的全面感知借助現(xiàn)代通信技術(shù)將系統(tǒng)中的各個元件聯(lián)系起來 增強電網(wǎng)運行可靠性 提高能源利用效率 消納可再生能源發(fā)電 加強與用戶的互動現(xiàn)代配電網(wǎng)的建設目標為了應對配電網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)的變化，充分利用配電網(wǎng)的特點，必須建設現(xiàn)代配電網(wǎng)?，F(xiàn)代配電網(wǎng)就是所謂的智能電網(wǎng)，盡管定義千差萬別，但目標只有一個：借助于現(xiàn)代計算機技術(shù)和分析手段，實時分析電網(wǎng)運行狀態(tài)，實時做出最優(yōu)決策1. 1. 智能配電網(wǎng)特點智能配電網(wǎng)特點

3、2. 2. 主動配電網(wǎng)的基本概念主動配電網(wǎng)的基本概念3. 主動配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主動配電網(wǎng)的定義與愿景cigre定義：主動配電網(wǎng)(active distribution network，adn)，即內(nèi)部具有分布式或分散式能源且具有控制和運行能力的配電網(wǎng)。輸電網(wǎng)絡高壓配網(wǎng)110kvgggg中壓配網(wǎng)10kv低壓配網(wǎng)0.4kv負荷負荷主動配電網(wǎng)mg微網(wǎng)光伏儲能冷熱電三聯(lián)供風力發(fā)電n在主動配電網(wǎng)中，隨著分布式發(fā)電的發(fā)展和電力市場的建立，將出現(xiàn)一批售電公司，分為：負荷、發(fā)電和發(fā)用聚合體，組織起來參與電力市場，提供電能和輔助服務；n作為聯(lián)結(jié)用戶與輸電網(wǎng)的重要配電基礎設施，不僅承擔確保配電網(wǎng)安全運行的配電調(diào)度

4、員的職責；還將肩負使得用戶可以方便參與電力市場買賣電能、協(xié)調(diào)控制分布式發(fā)電的重任，即使市場的經(jīng)營者；n主動配電網(wǎng)的目標是在確保電網(wǎng)運行可靠性和電能質(zhì)量的前提下，增加對現(xiàn)有配電網(wǎng)對可再生能源發(fā)電的容納能力。主動配電網(wǎng)的愿景10發(fā)電聚合體發(fā)電聚合體負荷聚合體負荷聚合體售電公司發(fā)用聚合體發(fā)用聚合體主動配電網(wǎng)主動管理、控制、規(guī)劃與服務可控資源配電網(wǎng)基礎設施一次設備：電纜直流配網(wǎng)新材料為什么要發(fā)展主動配電網(wǎng): 氣候變化 服務質(zhì)量 監(jiān)管資產(chǎn)管理保護和控制自動化信息通信技術(shù)分布式電源靜止無功補償器需求響應發(fā)用電聚合體主動配電網(wǎng)的三大要素與相互關(guān)系電力市場（動態(tài)電價）輸電網(wǎng)二次系統(tǒng)：自動化系統(tǒng)通信系統(tǒng)保護系統(tǒng)

5、主動配電網(wǎng)的基礎設施 堅強可靠的一次網(wǎng)絡 變電站、饋線和變壓器是配電網(wǎng)的基礎裝備 提高一次設備可靠性的手段： 以電纜代替架空線 配電線路建在路邊，遠離樹林 以補償接地代替隔離接地 把10kv電壓等級提高到20kv 簡化主變和高壓電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) 增加調(diào)壓器和有載調(diào)壓變壓器 低壓直流配網(wǎng)、電力電子設備 靈活有效的二次系統(tǒng) 重合閘和斷路器 快速切換開關(guān) 中壓饋線、二次變電站和低壓電網(wǎng)的監(jiān)測： 除了傳統(tǒng)的電壓、電流監(jiān)測，還要增加溫度傳感器，門位置傳感器和各種類型的可視化傳感器以增強資產(chǎn)管理能力 電能質(zhì)量監(jiān)測儀，故障記錄儀，配網(wǎng)pmu和局部放電監(jiān)測設備等 各種通信技術(shù) 光纖、無線網(wǎng)絡、電力線載波和衛(wèi)星

6、以太網(wǎng)主動配電網(wǎng)中可控資源 光伏發(fā)電、風電 有功一般不能調(diào)節(jié)，特殊情況下，可向下調(diào)節(jié) 無功功率可調(diào)，可參與電壓控制 生物質(zhì)發(fā)電、地熱、三聯(lián)供機組 有功、無功均可控 儲能（電動汽車） 有功可控 電容、電抗、調(diào)壓變壓器、靜止無功控制器 無功電壓控制 需求側(cè)響應 大用戶 小用戶集群控制 負荷控制 直接負荷控制 電壓敏感負荷主動配電網(wǎng)的核心理念 充分利用主動配電網(wǎng)的可控資源，研究可以實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)的主動規(guī)劃、管理、控制與服務、負荷側(cè)的主動響應和發(fā)電側(cè)的主動參與的核心技術(shù)（裝置與系統(tǒng)），變被動接受為主動利用, 實現(xiàn)主動配電網(wǎng)的運行目標?？煽刭Y源（電源）n分布式能源n冷熱電聯(lián)供n儲能系統(tǒng)運行目標n高電能品質(zhì)n

7、高運行可靠性n清潔能源的高滲透率n為主網(wǎng)提供電能與備用服務裝置和系統(tǒng)主動規(guī)劃主動服務主動參與主動管理主動控制主動適應可控資源（用戶）n需求響應n電動汽車上級電網(wǎng)141. 智能配電網(wǎng)特點2. 主動配電網(wǎng)的基本概念3. 3. 主動配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主動配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)一、配電網(wǎng)主動規(guī)劃 傳統(tǒng)規(guī)劃，側(cè)重一次電網(wǎng)架構(gòu)的確定與變壓器容量的選擇，很少考慮配電自動化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和配電網(wǎng)管理系統(tǒng)對電網(wǎng)運行可靠性的影響。 主動規(guī)劃強調(diào)建設堅強可靠的一次電網(wǎng)架構(gòu)、深度協(xié)調(diào)的二次自動化系統(tǒng)與功能強大的智能決策支持系統(tǒng) 主動規(guī)劃的第二層涵義體現(xiàn)在對分布式可再生能源發(fā)電的態(tài)度上 主動規(guī)劃強調(diào)由配電網(wǎng)規(guī)劃設計單位主動對區(qū)

8、域內(nèi)的分布式可再生能源發(fā)電能力進行主動評估，掌握區(qū)域內(nèi)可再生能源發(fā)電的資源分布，主動規(guī)劃接入點，評估消納能力，并在必要時，對電網(wǎng)進行前瞻性改造主動配電網(wǎng)規(guī)劃的要素高品質(zhì)主動配電網(wǎng)規(guī)劃必須綜合考慮傳統(tǒng)的一次網(wǎng)絡設備、新型智能保護開斷設備、分布式能源（發(fā)電和儲能）、新型配電設備（電容/電抗器）和用于構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的新增配電線路/饋線的綜合影響?，F(xiàn)有配電網(wǎng)規(guī)劃智能配電網(wǎng)現(xiàn)有配電網(wǎng)變電站變電站變電站變電站智能配電網(wǎng)現(xiàn)有傳統(tǒng)保護/開斷裝置新的智能保護/開斷裝置分布式電源新型配電設備控制器電容器新的配電線路饋線基于多重信息的空間負荷預報技術(shù)空間負荷預報技術(shù)是高品質(zhì)配電網(wǎng)規(guī)劃的基礎。與只關(guān)注系統(tǒng)負荷數(shù)量增長的傳統(tǒng)

9、負荷預報相比，空間負荷預報除了關(guān)注負荷數(shù)量的增長，更加關(guān)注負荷在何時何處增長?？臻g負荷預報在長達20年的時間跨度內(nèi)，對住宅小區(qū)、饋線及系統(tǒng)的年度峰值負荷進行預報。這些預報結(jié)果可用于確定新增配電設施（變電站、饋線、變壓器等）的最佳位置?？臻g負荷預報基于小區(qū)人口數(shù)據(jù)、歷史負荷和氣象數(shù)據(jù)、土地使用情況和地理信息。智能配電網(wǎng)中的空間負荷預報必須考慮分布式電源、電動汽車、需求側(cè)響應對空間負荷的影響，識別出負荷和分布式發(fā)電的模式。空間負荷預報需要充分利用智能電表數(shù)據(jù)和精確氣象預報數(shù)據(jù)；還需要考慮現(xiàn)有和新增負荷的終端模型，對每一類負荷建立對應不同日期類型的負荷曲線。主動配電網(wǎng)的規(guī)劃運行一體化系統(tǒng)19主動配電

10、網(wǎng)運行數(shù)據(jù)主動配電網(wǎng)規(guī)劃方案基于多代理的時序場景模式演進模擬技術(shù)主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與運行的滾動校驗評估技術(shù)平臺算法能源信息協(xié)調(diào)的主動配電網(wǎng)主網(wǎng)配網(wǎng)一體化規(guī)劃技術(shù)用戶主動配電網(wǎng)規(guī)劃運行一體化的可視化推演互動展示技術(shù)目標通過運行與規(guī)劃的充分互動，實現(xiàn)主動配電網(wǎng)的更精確、更高效、更靈活、更智能的規(guī)劃發(fā)展二、配電網(wǎng)的主動管理 資產(chǎn)管理資產(chǎn)管理 充分利用目前配電網(wǎng)中配置的多源量測充分利用目前配電網(wǎng)中配置的多源量測 綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、傳感和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、傳感和大數(shù)據(jù)分析技術(shù) 故障管理故障管理 對高可靠性用戶，推廣自愈技術(shù)對高可靠性用戶，推廣自愈技術(shù) 搶修管理系統(tǒng)與調(diào)度自動化、用戶管理系統(tǒng)的集成

11、搶修管理系統(tǒng)與調(diào)度自動化、用戶管理系統(tǒng)的集成 分島運行：充分利用利用分布式電源分島運行：充分利用利用分布式電源 繼電保護管理繼電保護管理 繼電保護定值的在線整定繼電保護定值的在線整定 適應于主動配電網(wǎng)的新型保護系統(tǒng)適應于主動配電網(wǎng)的新型保護系統(tǒng) 供電質(zhì)量管理供電質(zhì)量管理source: 2 “equipment for feeder automation - recent trends in feeder automation seminar”ieee pes miami chapter miami, florida june 2, 2005, john mcdonald, kema, inc.

12、故障管理縮短故障停電時間saidi (systemaverage interruptionduration index)saifi (systemaverage interruptionfrequency index)供電質(zhì)量管理預“防”“治”理防治結(jié)合基于同步信息量測進行網(wǎng)絡等效的主動配電網(wǎng)安全合環(huán)技術(shù)基于高可靠性電源主動尋找的重點用戶運行風險預防管理技術(shù)針對電壓暫降和短時中斷的有源快速切換管理技術(shù)基于雙端同步信息量測的單相接地故障快速電網(wǎng)自愈技術(shù)三：有功功率和無功電壓的主動控制 作為區(qū)域能源管理中心對區(qū)域內(nèi)的所有發(fā)電資源進行主動控制。 充分利用主動配電網(wǎng)中的“冷熱電”三聯(lián)供、分布式儲能、電

13、壓調(diào)節(jié)負荷、需求響應負荷生物質(zhì)發(fā)電平抑光伏發(fā)電的隨機性、波動性，通過與電網(wǎng)態(tài)勢的密切互動，實現(xiàn)可再生能源的消納。 在主動配電網(wǎng)中，由于分布式電源的引入，傳統(tǒng)的從主變到負荷，電壓依次降低的格局將被打破，電壓波動加劇 無功電壓控制在主動配電網(wǎng)中尤為重要 需要充分利用各種電網(wǎng)無功控制設備和分布式發(fā)電的無功控制能力，進行協(xié)調(diào)控制有功無功功率協(xié)調(diào)控制機制 基于電壓主動調(diào)節(jié)的負荷柔性控制-協(xié)調(diào)控制架構(gòu) 協(xié)調(diào)控制體系包括協(xié)調(diào)控制體系包括全局控制器：全局優(yōu)化全局控制器：全局優(yōu)化局部控制器：區(qū)域自治局部控制器：區(qū)域自治協(xié)調(diào)控制模式協(xié)調(diào)控制模式有功無功協(xié)調(diào)的全局優(yōu)化控制全局優(yōu)化控制全局優(yōu)化控制建立全局有功-無功協(xié)

14、調(diào)優(yōu)化的數(shù)學模型，并通過對該模型的優(yōu)化計算確定智能電網(wǎng)中所有的控制變量取值，從而實現(xiàn)網(wǎng)損最小或經(jīng)濟效益最高等優(yōu)化目標。區(qū)域自治控制區(qū)域自治控制在長時間尺度優(yōu)化協(xié)調(diào)控制的間隔周期內(nèi)，通過充分調(diào)動本區(qū)域內(nèi)各種新型可控單元參與調(diào)節(jié)，修正實際運行工況與理想優(yōu)化工況的偏差，以保證各區(qū)域能在全局優(yōu)化所得的最優(yōu)狀態(tài)附近運行。關(guān)口有功功率關(guān)口有功功率關(guān)口功率因數(shù)關(guān)口功率因數(shù)饋線末端電壓幅值饋線末端電壓幅值負荷變化情況負荷變化情況可控單元狀態(tài)量可控單元狀態(tài)量全局全局-局部協(xié)調(diào)控制局部協(xié)調(diào)控制有功無功協(xié)調(diào)的區(qū)域自治控制短時間尺度局部控制器手手段段有功功率有功功率dg(柴油發(fā)電機、光伏、風電、蓄電池等柴油發(fā)電機、光

15、伏、風電、蓄電池等)無功功率無功功率dg、電容器等無功調(diào)節(jié)設備、電容器等無功調(diào)節(jié)設備柔性負荷柔性負荷電壓敏感性負荷電壓敏感性負荷目目標標消除區(qū)域內(nèi)擾動，跟蹤全局優(yōu)化目標消除區(qū)域內(nèi)擾動，跟蹤全局優(yōu)化目標策策略略接收由全局控制器發(fā)來的關(guān)口有功。功率因數(shù)、饋線末節(jié)點電壓等指令，通過對控制區(qū)域內(nèi)有功、無功與柔性負荷的調(diào)節(jié)，修正區(qū)域內(nèi)運行工況與下發(fā)指令的偏差多能源系統(tǒng)聯(lián)合運行優(yōu)化控制針對主動配電網(wǎng)中多種能源時空特性的互補特征，對分布式發(fā)電、冷熱電三聯(lián)共機組、電壓敏感負荷、需求側(cè)響應（激勵響應負荷）、電力儲能（含電動汽車）、蓄熱和蓄冷設備進行協(xié)調(diào)優(yōu)化,實現(xiàn)多能源系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化運行與風險平抑。四：主動配電網(wǎng)

16、的主動服務服務能力分布式能源接入用戶互動多能源利用短期定制電力u 主動規(guī)劃分布式電源接入點u 提供用戶接入能力的分析u 提供短期電力定制u 短期提升供電品質(zhì)u 冷熱電聯(lián)供u 能效管理u 需求響應u 輔助服務u 全面的互動互惠五：用戶的主動響應 電網(wǎng)平衡電網(wǎng)平衡節(jié)能節(jié)能用戶舒適度用戶舒適度需求側(cè)響應不僅僅是電網(wǎng)發(fā)電負荷平衡的手段能源能源建筑建筑信息技術(shù)信息技術(shù)公共事業(yè)公共事業(yè)僅僅依靠電力工業(yè)不可能完全解決能源問題，必須鼓勵用戶主動參與30 0%20%40%60%80%100%0%20%40%60%80%100%percentage of yearload factor (%)5%5% = 400

17、 hrs/yr75%90%(8,760 hrs)配電配電發(fā)電發(fā)電舒適性負荷使配電網(wǎng)的資產(chǎn)利用率降低25% 的配電和 10% 的發(fā)電資產(chǎn) (輸電相似), 價值上萬億的資產(chǎn)，年利用小時數(shù)小于400!小時負荷作為峰荷的分數(shù)小時負荷作為峰荷的分數(shù), 從高到低排序從高到低排序需求側(cè)響應的類型需求側(cè)需求側(cè)響應能效分布式資源用戶控制可靠性經(jīng)濟性容量緊急響應輔助服務報價日前市場實時市場動態(tài)電價無風險電價單一電價階梯電價分時電價實時電價期貨六：可再生能源發(fā)電的主動參與 可再生能源消納不僅僅是電網(wǎng)公司的責任 為了消納可再生能源發(fā)電，全民和電網(wǎng)公司都做出了犧牲 售電收入的損失：用零售電價收購可再生能源發(fā)電 旋轉(zhuǎn)備用

18、：天氣不能永遠陽光普照，在陰天下雨時，電網(wǎng)必須供電 可再生能源發(fā)電需要主動適應 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得光伏發(fā)電可以具備一定的無功電壓支撐能力 光伏發(fā)電機組通過配備的小型儲能，可以對其輸出功率進行平滑，可以減少對電網(wǎng)的沖擊 改進逆變器的設計可以動態(tài)改變其阻抗，減少諧波振蕩安裝儲能設備和參與調(diào)度 安裝電網(wǎng)和當?shù)貎δ苎b置對光伏發(fā)電進行調(diào)節(jié)以防止電網(wǎng)發(fā)生穩(wěn)定問題 允許電網(wǎng)控制中心在必要情況下主動削減光伏發(fā)電的發(fā)電功率，以保證電網(wǎng)的安全運行輸出功率平滑技術(shù)紅線是可再生能源的輸出功率；藍線是沒有配備平滑控制裝置情況下的逆變器輸出功率；當發(fā)生諸如烏云等天氣狀況時，功率向下跳躍的數(shù)率太大，遠遠超過了

19、電網(wǎng)的允許范圍。綠線是配備了平滑控制裝置后逆變器的輸出功率，可以滿足電網(wǎng)對功率波動允許范圍的要求。主動配電網(wǎng)的基礎：全面量測目前配電網(wǎng)量測范圍實施主動配電網(wǎng)后量測范圍完整的信息 系統(tǒng)決策的依據(jù) 電網(wǎng)監(jiān)控自己設備 用戶管理自己設備現(xiàn)狀 信息不完整系統(tǒng)決策依據(jù)不足缺點 措施主動拓寬量測范圍兼容用戶側(cè)信息配電終端監(jiān)測設備（idu）用戶信息 分界室的用戶端信息 同步信息 智能電表的信息 分布式發(fā)電的信息 用戶配電設備信息n適用于主動配電網(wǎng)的綜合配電單元綜合配電單元idu 電能質(zhì)量監(jiān)視故障諧波數(shù)據(jù)裝置內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲單元，在當?shù)乇Ａ綦娔苜|(zhì)量監(jiān)視、故障錄波和諧波的有關(guān)信息，在需要時可上傳n 基于狀態(tài)估計、快速仿真分析和風險預警的多信息源主動配電網(wǎng)態(tài)勢感知預警技術(shù)主動配電網(wǎng)態(tài)勢感知技術(shù)多源信息融合的態(tài)勢感知技術(shù)協(xié)同交互控制技術(shù)負荷柔性控制集群需求響應多能源優(yōu)化與風險平抑電能品質(zhì)控制技術(shù)安全合環(huán)技術(shù)重點用戶風險預防非有效接地單向接地自愈有源快切技術(shù)主動配電網(wǎng)信息平臺共享管理技術(shù)元件即插即用安全可信接入技術(shù)平臺總線技術(shù)idu地調(diào)dms電量