國家項目主動配電網關鍵技術和示范工程實現(xiàn)余南華專題培訓課件

內容

863項目關鍵技術與示范工程背景1示范工程設計2示范工程實施3示范工程應用與項目總結4傳統(tǒng)配電網面臨大規(guī)模間歇式能源接入后帶來的問題：四個挑戰(zhàn)供需失衡：資源配置的被動控制缺失：資源協(xié)調的被動管理缺失：資源管理的被動服務缺失：資源服務的被動網源荷網荷源配網自動化網荷源配網自動化配網能量管理氣象高級應用資源網荷源電網側用戶側1、863項目關鍵技術-背景控制缺失即插即忘處理導致供需失衡管理缺失市場與服務缺失發(fā)電側1、863項目關鍵技術-背景比較分析了傳統(tǒng)配電網技術、微網技術與主動配電網技術的間歇式能源消納特點。傳統(tǒng)配電網消納微電網消納主動配電網消納

廣泛接入即接即忘

低效消納

區(qū)域接入局部協(xié)調

高效消納

廣泛接入全局協(xié)調

高效消納1、863項目關鍵技術-背景主動配電網的定義可以綜合控制分布式能源（分布式發(fā)電、柔性負載和儲能）的配電網，可以使用靈活的網絡技術實現(xiàn)潮流的有效管理，分布式能源在其合理的監(jiān)管環(huán)境和接入準則基礎上承擔對系統(tǒng)一定的支撐作用。輸電網絡高壓配網110kVGGGG中壓配網35/10kV低壓配網0.4kV負荷負荷主動配電網MG微網光伏儲能冷熱點三聯(lián)供風力發(fā)電具備一定比例的分布式可控資源網絡拓撲可靈活調節(jié)的配電網較為完善的可觀可控水平實現(xiàn)協(xié)調優(yōu)化管理的管控中心區(qū)別于傳統(tǒng)配電網的

四個主要特征1、863項目關鍵技術之1主動配電網的綜合規(guī)劃方法在主動配電網的框架下，提出了可信電力電量平衡分析方法。可信出力預測不可控負荷負荷預測可信電力電量平衡荷可信出力部分（大概率部分）可控負荷間歇性能源發(fā)電出力可控資源配置小概率出力部分源提出了可控資源規(guī)劃方法，實現(xiàn)兩個目標：解決計算間歇式能源出力的小概率問題解決完成配電網網架規(guī)劃后的實際消納問題可控資源(儲能、可控負荷等)儲能優(yōu)化配置配置過高—成本高配置過低—無法滿足消納、削峰填谷需求配置合理—配電網經濟性、可靠性最佳可控資源優(yōu)化規(guī)劃流程可控負荷配置可控負荷配置越高，越有利于調峰與削峰填谷1、863項目關鍵技術之2主動配電網的綜合規(guī)劃方法提出了多級分層消納控制模式，可實現(xiàn)間歇式能源并網發(fā)電的即插即用式的控制與管理。分層控制框架上層優(yōu)化荷源控制控制模式消納模式儲源控制網源控制站源控制點消納線消納面消納根據(jù)優(yōu)化結果，下發(fā)控制指令一次多級消納二次分層控制多級消納模式1、863項目關鍵技術之3

多級分層消納模式

點、線、面消納對間歇式能源的消納率逐步提升，通過主動模式切換的形式靈活選擇消納模式可以更有效地消納間歇式能源。多級分層消納仿真結果

點消納線消納面消納提出了量化描述儲能特性，并考慮系統(tǒng)應對N-1供電故障、消納新能源的供蓄能力指標，實現(xiàn)間歇式分布式電源平穩(wěn)運行所需的配電網不同層面的功率支撐配置。轉移供電能力轉移蓄電/消納能力約束條件轉移供電能力示意圖轉移蓄電能力示意圖1、863項目關鍵技術之4供蓄能力指標計算1、863項目關鍵技術之5源網功率控制傳統(tǒng)協(xié)調控制系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)中存在誤差優(yōu)化算法計算周期較長饋線控制誤差概念交換功率的實際值與最優(yōu)值之間的差異提出饋線控制誤差(FCE)指標，用于平抑區(qū)域自治運行與全局優(yōu)化的整體運行狀態(tài)之間的差異，建立主動配電網饋線控制誤差自治控制技術（簡稱FCE控制）。1、863項目關鍵技術之5源網功率控制分布式能源本身注入饋線的有功和無功功率引起節(jié)點電壓發(fā)生變化，既有可能是抬升節(jié)點的電壓水平也有可能是降低節(jié)點的電壓水平，取決于分布式能源的類型，控制模式，還取決于饋線的參數(shù)和負荷大小等因素。主動配電網無功電壓全局優(yōu)化控制是在主動配電網最優(yōu)潮流的基礎上，通過優(yōu)化饋線上各個無功源的無功輸出以及可調變壓器分接頭檔位位置，實現(xiàn)無功潮流的合理分布。主動配電網無功電壓全局優(yōu)化控制在全局優(yōu)化基礎上，實時調節(jié)饋線上SVR的分接頭檔位及具備快速無功響應能力的SVC等動態(tài)無功補償設備的無功輸出，確保饋線所有節(jié)點電壓始終處于合理的安全區(qū)間內主動配電網無功電壓實時協(xié)調控制分布式能源本身注入饋線的有功和無功功率引起節(jié)點電壓發(fā)生變化，其控制過程需綜合考慮分布式能源的類型，控制模式，以及饋線的參數(shù)和負荷大小等因素提出了在電網孤島運行條件下，通過對可控資源的主動管理，實現(xiàn)相聯(lián)絡饋線的有序消納與復電，解決停電棄光與復電的問題，同時實現(xiàn)可靠性的提升。LLLGG10kV400VLGLGESS孤島條件下高效消納與饋線復電主動配電網管理系統(tǒng)協(xié)調控制器協(xié)調控制器協(xié)調控制器儲能作為可控資源的有序消納與復電1、863項目關鍵技術之6協(xié)調控制運行方式優(yōu)化1、863項目關鍵技術之7主動配電網復合儲能管理系統(tǒng)

完成量化電池控制邊界條件，提出儲能管理控制方法，復合儲能協(xié)調控制策略，實現(xiàn)智能雙向調節(jié)管理?？刂七吔鐪囟冗吔珉妷哼吔珉娏鬟吔珉娏窟吔鐗勖吔缒芰坎▌幽芰繉崟r調度電量預先調節(jié)功率分配協(xié)調響應能力預測自我調節(jié)消納能力分析預測監(jiān)測預判智能雙向調節(jié)1、863項目關鍵技術之8主動配電網靈活運營模式建立提出了電網主導的AND運營模式，采用基于差異化用電的運營優(yōu)化和基于電網效益的運營控制，分別從管理和操作層面解決大規(guī)模DER并網后的“削峰”和“消納”問題。電網主導的ADN運營模式原負荷曲線DER并網后負荷曲線0tp削峰填谷消納“削峰”“消納”非合同用戶合同可調用戶合同可中斷用戶運營目標運營對象供用電合同與實時電價運營手段可控資源優(yōu)化調節(jié)手段優(yōu)化用戶構成優(yōu)化策略電價優(yōu)化策略基于差異化用電的運營優(yōu)化宏觀規(guī)劃可調可中斷控制電價搜索基于電網效益的運營控制微觀網絡優(yōu)化點消納，調節(jié)線消納和面消納消納目標最優(yōu)運營策略電價水平用戶比例實時電價調切策略挑戰(zhàn)與主動配電網理念資源配置被動資源協(xié)調被動消納不充分、可靠性待提高資源優(yōu)化被動資源共享被動任務一：綜合規(guī)劃、信息控制策略任務二：消納模式任務四：能量管理任務三：協(xié)調控制任務五：電能質量任務六：復合儲能任務七：示范工程任務八：靈活運營模式研究任務及其關聯(lián)關系實現(xiàn)目標可靠性與經濟性協(xié)調的規(guī)劃多方協(xié)調控制有序消納模式可靠性與消納率指標全局最優(yōu)能量電能質量管理多方互動的靈活市場模式1、863項目技術總路線神舟電力5.5MWp光伏發(fā)電示范項目，是中國航天旗下佛山神舟光伏電力有限公司依托佛山市廣成鋁業(yè)有限公司和金世界鋁業(yè)公司屋頂投資建設的金太陽示范項目。項目安裝總容量為5.5MWp，分兩期實施。一期2.5MWp，于2012年10月并網發(fā)電；二期3MWp，于2013年5月份并網發(fā)電。1、863項目之示范工程背景供電可靠性光伏消納率99.9855%（2012）鋁業(yè)線停電1次：5.2小時100.000%（2013）無停電99.8857%（2014）全部停電1次：10小時98.6%（2014）2014年停機累計約300小時，其中工廠管控強制性停機240小時，因此按60小時停機計。光伏發(fā)電的消納問題光伏發(fā)電的優(yōu)化運行問題廠外10kV配網線路停電導致光伏逆變器停機部分用電設備啟停引起光伏逆變器電壓波動，導致光伏停機優(yōu)化光伏發(fā)電的利用效率，包括削峰填谷、減少功率向變電站倒送、孤島發(fā)電電源光伏投資商技術需求課題技術驗證需求利用主動控制技術，解決孤島消納問題和電壓波動消納問題利用主動能量管理技術，實現(xiàn)能量優(yōu)化運行部分技術的工程驗證問題消納模式切換、有功無功功率控制、最優(yōu)計劃曲線、復合儲能執(zhí)行有效性、孤島復電效率、研制設備有效性、兩個指標（消納率和可靠性）功能驗證、指標測試驗證1、863項目之示范工程背景內容示范工程設計2

863項目關鍵技術與示范工程背景1示范工程實施3示范工程應用與項目總結42示范工程設計示范工程位于佛山市三水工業(yè)區(qū)中心科技工業(yè)區(qū)南邊C區(qū)佛山廣成鋁業(yè)有限公司廠區(qū)和金世界創(chuàng)新鋁業(yè)有限公司廠區(qū)?！皟?yōu)質金太陽工程”位置2期分布式光伏發(fā)電，總容量5.5MWp3套儲能系統(tǒng)，總容量1.1MWh4條10kV饋線（黃南線）、鋁業(yè)線、蕭海線、塘溪線，含1條聯(lián)絡線（蕭海：塘溪）規(guī)模全年日照小時數(shù)高于1600小時，光照充足大體呈現(xiàn)工業(yè)負荷特點，峰谷特性明顯節(jié)假日階段，光伏倒送現(xiàn)象時有發(fā)生特性網絡結構示意金世界鋁業(yè)電房（滲透率23.47%）廣成鋁業(yè)擠壓電房（滲透率26.53%）廣成鋁業(yè)氧化1#2#電房（滲透率20.06%）廣成鋁業(yè)立氧電房（滲透率6.88%）復雜線消納模式：可控資源為聯(lián)絡線+儲能，用于滲透率更高場景簡單線消納模式：可控資源為儲能點消納模式2示范工程設計金世界鋁業(yè)電房（滲透率23.47%）廣成鋁業(yè)擠壓電房（滲透率26.53%）廣成鋁業(yè)氧化1#2#電房（滲透率24.06%）廣成鋁業(yè)立氧電房（滲透率6.88%）黃南線鋁業(yè)線蕭海線塘溪線主動配電網能量管理系統(tǒng)用戶能量管理系統(tǒng)可控資源可控資源可控資源可控資源主動協(xié)調控制器主動協(xié)調控制器主動協(xié)調控制器主動協(xié)調控制器信息交互2示范工程設計內容示范工程實施3

863項目關鍵技術與示范工程背景1示范工程設計2示范工程應用與項目總結4主動配電網能量管理系統(tǒng)：用于對示范區(qū)域現(xiàn)場的各種分布式電源(光伏發(fā)電和儲能單元)以及關鍵節(jié)點(分布式電源PCC點，新建聯(lián)絡節(jié)點，用戶側與配電網的關口節(jié)點)進行狀態(tài)監(jiān)視，利用示范區(qū)域的儲能單元以及新建聯(lián)絡開關設備，通過協(xié)調控制及靈活網絡技術實現(xiàn)示范區(qū)域內光伏發(fā)電的高效消納及網絡的經濟運行軟件功能架構系統(tǒng)硬件配置3示范工程實施-主站系統(tǒng)通信網絡：考慮現(xiàn)場各個監(jiān)測點分布特性、光纖施工難度以及建設成本等因素，主動配電網示范區(qū)域通信網絡在接入層主要采用無線專網通信方式，接入層與主動配電網能量管理系統(tǒng)主站的通信則選擇租用通信供應商的VPN光纖通道未來建設3示范工程實施-通信網絡信息流：示范區(qū)域內主動配電網能量管理系統(tǒng)與其他相關信息系統(tǒng)（光伏預測子系統(tǒng)、主動配電網運營系統(tǒng)、微網管理系統(tǒng)）以及現(xiàn)場控制器和自動化終端設備等進行數(shù)據(jù)共享與信息交互3示范工程實施-信息交互類型黃南線鋁業(yè)線蕭海線塘溪線總計光伏（MW）0.51.752.50.85.5儲能（kWh）/2506002501100負荷點（個）444315聯(lián)絡開關（個）//11DTU（個）/1225電能質量監(jiān)測（個）11417控制器（個）/2327管理系統(tǒng)（套）11建成示范工程資源配置一覽表3示范工程實施-資源配置內容示范工程應用與項目總結4

863項目關鍵技術與示范工程背景1示范工程設計2示范工程實施3示范應用1：主動配電網最優(yōu)潮流主動配電網最優(yōu)潮流技術可以實現(xiàn)日運行收益1442.08元/天，優(yōu)化前后峰谷差由原來3973kW降低至3665kW，峰谷差降低7.75%日前負荷預測日前光伏預測日優(yōu)化調度策略無功策略有功策略優(yōu)化效果4示范工程應用與項目總結示范應用2：基于FCE的區(qū)域自治控制技術在指定目標（饋線目標值240kW）下基于FCE的區(qū)域自治控制可以在光伏波動和負荷波動的影響下，保持饋線的凈輸出功率穩(wěn)定，饋線的總體負荷特性得到明顯改善基于FCE的區(qū)域自治控制效果FCE控制前饋線功率FCE控制后饋線功率4示范工程應用與項目總結示范應用3：間歇式能源消納模式自適應切換當發(fā)生間歇式能源出力變化較大引起功率倒送時，通過間歇式能源消納模式自適應切換技術，進行運行方式靈活調整，自適應選擇消納模式檢測到光伏發(fā)電倒送現(xiàn)象啟動消納模式切換選擇運行方式合環(huán)校驗執(zhí)行運行方式調整調整后運行方式4示范工程應用與項目總結示范應用4：配網停電條件下，孤島消納與孤島復電技術。配電網故障停電時，在主動控制的作用下，間歇式能源能夠快速（13s）恢復并網發(fā)電；對比測試表明，綜合考慮人工操作時間，基于研發(fā)的多單元儲能控制器的負荷儲能性能的現(xiàn)場表現(xiàn)由于市場主流的磷酸鐵鋰電池，有利于提高供電可靠性。復合儲能離網運行孤島復電(1s)PV逆變器完全啟動孤島消納(13s)廣成鋁業(yè)擠壓電房復合儲能主動控制磷酸鐵鋰儲能孤島復電(11s)PV逆變器完全啟動孤島消納(31s)金世界鋁業(yè)鋰電池手動控制（含低壓脫扣）4示范工程應用與項目總結可靠性消納率100%（2015）實測值：100%理論計算值：99.99%以上98.6%（2014）

2014年全年累計停機360小時（見用戶應用證明），扣除強制性停機，技術性停機達60小時。100%（2015）實測值：100%理論計算值：99.9999%以上投運前投運后99.9855%（2012）鋁業(yè)線停電：5.2小時100.000%（2013）無停電99.886%（2014）全停電：10小時4示范工程應用與項目總結佛山三水示范工程技術投運前后對比一覽表序號技術指標技術投運前（2014年）技術投運后（2015年）備注1是否滿足N-1否是聯(lián)絡線轉供2是否提供臨時電源否是儲能設備3光伏發(fā)電量提升kWh443167.7kWh470390.5kWh1月1日-4月10日對比

發(fā)電量提升