武漢大學(xué)-電力行業(yè)：配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)研究

配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)研究武漢大學(xué)01背景與意義02柔性配電系統(tǒng)的特征03配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)04總結(jié)與展望背景與意義配電系統(tǒng)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵領(lǐng)域■配電系統(tǒng)承上啟下，具備區(qū)域能源協(xié)同和供需深度互動的能力，支撐大規(guī)模分布式能源接入，滿足多樣化負荷的供電需求。需求響應(yīng)分布式儲能智慧工廠、數(shù)據(jù)中心書三聯(lián)供負荷集成商小水電光伏發(fā)電清潔低碳安全充裕經(jīng)濟高效供需協(xié)同靈活智能電動汽車分散式風(fēng)電電動汽車配電系統(tǒng)正在演變?yōu)閰^(qū)域資源優(yōu)化配置平臺，對我國能源供給與消費的低碳化轉(zhuǎn)型起到關(guān)鍵支撐作用。32013-2021年中國分散式風(fēng)2013-2021年中國分散式風(fēng)0瓦)配電系統(tǒng)的形態(tài)變革一一新型源荷大規(guī)模接入分布式電源裝機(35kv及以下)2億千瓦2.5~3億干瓦億千瓦10.95億干瓦電動汽車1200萬輛2500萬輛8500萬輛5.3億輛全社會用電量8.4萬億度9.5萬億度12萬億16萬億最高負荷10.4億千瓦15.7億千瓦17.7億千瓦24.3億千瓦終端電能占比*數(shù)據(jù)來源：中國能源電力發(fā)展展望2021國網(wǎng)能源院2015-2020年度全國可再生能源電力發(fā)展監(jiān)測報告、國家能源局中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)地圖2021風(fēng)能專委會背景與意義配電系統(tǒng)的形態(tài)變革一—新型配電技術(shù)日趨成熟■柔性配電裝備日趨成熟：能量路由器、柔性多狀態(tài)開關(guān)、直流配電設(shè)備等已示范應(yīng)用并日趨成熟，可實現(xiàn)柔性互聯(lián)和分區(qū)功率互濟，促進分布式能源消納、故障隔離、韌性恢復(fù)等功能。■運行方式面臨變革機遇：分層互聯(lián)分區(qū)自治成為網(wǎng)架新形態(tài)，傳統(tǒng)“合環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂檄h(huán)設(shè)計、柔性合環(huán)運行”。6和河明成子網(wǎng)rRQ成成子網(wǎng)rRQ悅悅背景與意義變電姑母線變電站母線方m光伏消納能力不足功率墻01背景與意義02柔性配電系統(tǒng)的特征03配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)04總結(jié)與展望柔性配電系統(tǒng)的定義與特征柔性配電系統(tǒng)：是指綜合利用電力電子、信息通信、人工智能等技術(shù)實現(xiàn)配電系統(tǒng)分布式功率靈活控制、網(wǎng)架靈活切換、運行方式靈活調(diào)整，提升配電系統(tǒng)靈活性。配電系統(tǒng)靈活性：在一定時間尺度下，配電系統(tǒng)通過柔性控制和拓撲靈活切換，以經(jīng)濟可靠的方式快速響應(yīng)分布式電源及負荷不確定性變化的能力。項目網(wǎng)架特點輻射狀、開環(huán)運行多饋線多資源互聯(lián)、柔性閉環(huán)運行元素特征源荷單一分布式電源、電動汽車、SNOP、直流配電等多元新元素調(diào)度措施網(wǎng)架重構(gòu)、無功-電壓優(yōu)化網(wǎng)架柔性切換、有功/無功-電壓綜合調(diào)控、分層分區(qū)調(diào)控等能信傳輸能量/控制指令自上而下，單向流動源網(wǎng)荷能量與信息雙向流動、多維互動負載調(diào)控調(diào)控能力低調(diào)控能力高故障轉(zhuǎn)供存在轉(zhuǎn)供電時間長、短時段停電問題故障快速隔離，不間斷轉(zhuǎn)供電8分布式電源虛擬電廠配電自動化柔性多狀態(tài)開關(guān)可控負荷柔性多狀態(tài)開關(guān)可控負荷能量路由器等9研究方向手段提升配電系統(tǒng)靈活性的主要手段研究方向手段靈活性資源規(guī)劃用技術(shù)柔性配電網(wǎng)保護軟件定義裝備軟件定義網(wǎng)絡(luò)軟件定義系統(tǒng)軟件定義裝備軟件定義網(wǎng)絡(luò)02柔性配電系統(tǒng)的特征03配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)04總結(jié)與展望靈活性資源規(guī)劃技術(shù)配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源規(guī)劃技術(shù)柔性網(wǎng)架柔性網(wǎng)架規(guī)劃方法協(xié)同規(guī)劃柔性裝備設(shè)計和應(yīng)用儲能規(guī)劃配置層優(yōu)化調(diào)度層獲得最優(yōu)規(guī)劃方案儲能規(guī)劃配置層優(yōu)化調(diào)度層獲得最優(yōu)規(guī)劃方案配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)方向1:多元靈活性資源協(xié)同規(guī)劃目標：優(yōu)化系統(tǒng)中的多元柔性資源布置，平抑系統(tǒng)中源荷靈活性資源規(guī)劃分析配電網(wǎng)靈活性需求，生成靈活性需求場景，構(gòu)建靈活性評價指標，針對各類柔性資源特點，建立雙層規(guī)劃模型，即規(guī)劃配置層和優(yōu)化調(diào)需求場景交直流配電網(wǎng)雙層優(yōu)化模型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式負荷水平配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式負荷水平方向1:多元靈活性資源協(xié)同規(guī)劃一—新型配電系統(tǒng)不確定性源荷承載力分析通過不同場景隨機/時序潮流計算，計及多時間尺度、靈活性資源及不通過不同場景隨機/時序潮流計算，計及多時間尺度、靈活性資源及不確定性等特征，定量關(guān)系描述分布式光伏接入規(guī)律，為實際配電系統(tǒng)分入的能力不明布式光伏規(guī)劃提供參考技術(shù)原則負荷參數(shù)網(wǎng)架參數(shù)技術(shù)原則負荷參數(shù)保護中低壓配電網(wǎng)分布式光伏接入規(guī)律中低壓配電網(wǎng)分布式光伏接入規(guī)律優(yōu)化目標越限場景集場景構(gòu)建優(yōu)化目標源網(wǎng)荷儲模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)約束條件約束條件優(yōu)化求解優(yōu)化求解優(yōu)化目標越限場景集場景構(gòu)建優(yōu)化目標源網(wǎng)荷儲模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)約束條件約束條件優(yōu)化求解優(yōu)化求解柔性資源規(guī)劃技術(shù)傳輸能源消耗傳輸能源消耗波動率07:3009-0010.30120013:3015:00163018:00儲能用于平抑光伏輸出功率波動，波動率基本在10%以下；優(yōu)化配置后，儲能充電功率具有更大的可調(diào)節(jié)性；并網(wǎng)功越限指標可章性指標置越限指標可章性指標置Y.N化經(jīng)濟性指標病電能力指標開賠夏酸電增如員荷點?立NN國黨是否結(jié)商?Y堅結(jié)束配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)方向2:柔性網(wǎng)架規(guī)劃壓電網(wǎng)的多時空尺度的演變機理，建立中低壓電網(wǎng)可靠性充裕性經(jīng)濟性配電網(wǎng)演化模型模擬點邊物理距離節(jié)點度配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)應(yīng)用案例一一多元協(xié)同規(guī)劃靈活性資源規(guī)劃電壓泰爾優(yōu)化后鄉(xiāng)村優(yōu)化后優(yōu)化后1■優(yōu)化前■優(yōu)化后1.11優(yōu)化前■優(yōu)化后潮流分布熵計算網(wǎng)損率網(wǎng)損率■優(yōu)化前潮流分布煽電壓泰爾嫡潮流分布煽電壓泰爾嫡優(yōu)化后網(wǎng)損率網(wǎng)損率電壓泰爾嫡7…=G+xv.-總號不意(貨)())網(wǎng)損率分布嫡泰爾熵V冊流電壓配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)方向3:柔性裝備設(shè)計與應(yīng)用目標：靈活性資源規(guī)劃實施路徑：發(fā)電預(yù)測光伏風(fēng)電系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模求解算法配置方案配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源規(guī)劃方向3:柔性裝備設(shè)計與應(yīng)用一柔性多狀態(tài)開關(guān)面向多場景多工況的柔性多狀態(tài)開關(guān)配置方法?建立了含柔性多狀態(tài)開關(guān)的交直流配電系統(tǒng)安裝位置及結(jié)合受限程度排序?qū)崿F(xiàn)場景篩選，為復(fù)雜運行場景下的交直流配電系統(tǒng)大量復(fù)雜E運行場景規(guī)劃層ADNP方案是否配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)問題2:解決思路：電能路由器電能路由器配網(wǎng)接口層主動配電網(wǎng)正常狀態(tài)端口投資費用運維復(fù)拆算成本報憑良用著環(huán)消納消納建模建?！つ芰柯酚善靼惭b于節(jié)點29時年綜合成本最小，-110-。電壓偏差、成本靈活性資源優(yōu)化調(diào)度配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源優(yōu)化調(diào)度靈活組網(wǎng)潮流靈活靈活組網(wǎng)調(diào)控眉拓源荷互動層眉拓源荷互動層配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)方向1:靈活組網(wǎng)技術(shù)靈活性資源優(yōu)化調(diào)度綜合考慮網(wǎng)損和電壓偏差尋求連續(xù)時段配電系統(tǒng)最優(yōu)運行方式7872634545節(jié)點測試系統(tǒng)網(wǎng)架統(tǒng)網(wǎng)架時刻點獲得最交直流配電系統(tǒng)拓撲雙層優(yōu)化模型采用構(gòu)網(wǎng)型分布式儲能+新能源主動支撐的架構(gòu)，加入“構(gòu)網(wǎng)采用構(gòu)網(wǎng)型分布式儲能+新能源主動支撐的架構(gòu)，加入“構(gòu)網(wǎng)型變流器+臺區(qū)管控單元”,實現(xiàn)分層分布式單元自消納、區(qū)域自平衡、系統(tǒng)自組織配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源優(yōu)化調(diào)度方向1:靈活組網(wǎng)技術(shù)分布式電源利益主體眾多、裝備標準不一，難以協(xié)同，如何在不改變用戶裝備前提下實現(xiàn)臺區(qū)獨立組網(wǎng)?軟件定義控制負荷負荷負荷負荷負荷可調(diào)度資源調(diào)度資源臺區(qū)3臺區(qū)4臺區(qū)1J正常蓄水位興利庫容策略目標>降低棄水量>預(yù)留更多可用庫容正常蓄水位興利庫容策略目標>降低棄水量>預(yù)留更多可用庫容撲G的鄰接矩陣A的元素有功網(wǎng)損/Wh配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源優(yōu)化調(diào)度問題2:構(gòu)后網(wǎng)損降低82.27%,棄水量降低50%。否R“p撲結(jié)束微電網(wǎng)重構(gòu)結(jié)果協(xié)調(diào)運行協(xié)調(diào)運行協(xié)調(diào)運行協(xié)調(diào)運行獨立運行重構(gòu)前重構(gòu)后重構(gòu)前重構(gòu)后重構(gòu)前重構(gòu)后重構(gòu)前重構(gòu)后低約50%低約50%節(jié)點節(jié)點電壓分布(時刻19)實現(xiàn)潮流靈活調(diào)配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源優(yōu)化調(diào)度與配電自動化云邊端架構(gòu)結(jié)合，建立分布式潮流調(diào)控策略，優(yōu)化系統(tǒng)潮流分布，避免過電壓和重過載，促進分布式電源規(guī)?；尤虢Y(jié)合發(fā)電/負荷分層級預(yù)測和系統(tǒng)潮流分布規(guī)律，建立交直流混合配電系統(tǒng)分層多目標運行模型，提出優(yōu)化策略。交流系統(tǒng)：調(diào)節(jié)光儲充的功潮流靈活調(diào)控潮流靈活調(diào)控新型負荷預(yù)測模型分布式電源預(yù)測模型潮流分配影響因素配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源優(yōu)化調(diào)度問題2:能量管理能量管理交口0負確挑逝|優(yōu)化調(diào)度模塊模塊負荷實時采解料2022-07.38113820￥*A多縣標備選調(diào)*家通1壓是10.00%編室1.海14置a率#優(yōu)化后損耗4站N-1443站N-1配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)智能集群控制技術(shù)設(shè)備靈活控制技術(shù)多智能體協(xié)同控制配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源控制多智能體協(xié)同控制問題1:4金場景1金場景1決策1下層控制下層控制運行環(huán)境運行環(huán)境配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)靈活性資源控制問題2:分析獨立供電區(qū)域準同期并網(wǎng)條件的影響因素，提出相位差、頻率差、電壓差控制技術(shù)，利用調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)相技術(shù)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流分布實現(xiàn)-微電網(wǎng)1微電網(wǎng)2D?十Pm1十T.10xPeo調(diào)相控制框圖頰事H2)靈活性資源控制配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)頰事H2)靈活性資源控制提出考慮暫態(tài)頻率約束的“集中決策+就地控制”結(jié)合的控制策略，集中決策：預(yù)先決策小水電與負荷開關(guān)狀態(tài)并定期下發(fā)開關(guān)指令；是是縣參考文獻：張秋萍，等.弱通信條件下計及暫態(tài)頻率約束的小水電微電網(wǎng)緊急控制策略研究.電網(wǎng)技術(shù)有源供電區(qū)轉(zhuǎn)為孤島供電模式，功率沖擊大、系統(tǒng)等效慣量小、通信條件差，如何在頻率/電壓不越限情況下實現(xiàn)平滑過渡?集中控制盼段就地控制階段集數(shù)據(jù)制定策略，計及通信時延、計算時延與控制時延，規(guī)定每五分鐘 新并下發(fā)一次地量測與簡單計算，確定是否孤島并給出判別信號，信號刷新間隔為互…梳理配電主要場景、工況及對統(tǒng)一配電裝備的功能需求，研制模塊化多端口統(tǒng)一配電裝備，具備變壓分流、潮流控制、構(gòu)網(wǎng)控制、電能質(zhì)量治理、故障隔離與恢復(fù)等功能。電壓等級變換電能質(zhì)量治理柔性調(diào)流梳理配電主要場景、工況及對統(tǒng)一配電裝備的功能需求，研制模塊化多端口統(tǒng)一配電裝備，具備變壓分流、潮流控制、構(gòu)網(wǎng)控制、電能質(zhì)量治理、故障隔離與恢復(fù)等功能。電壓等級變換電能質(zhì)量治理柔性調(diào)流復(fù)流分流保護集成儲能柔性調(diào)壓開關(guān)/斷路器交直流構(gòu)網(wǎng)可再生能源0-100%調(diào)節(jié)模擬超過15種能量路由架構(gòu)支持算法在線編輯與遠程下裝支持12種以上交直流配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)方向2:設(shè)備靈活控制技術(shù)目標：饋線饋線負荷低壓直流負荷NN卅交流微網(wǎng)單相交流負荷直流微網(wǎng)N主N>軟件定義技術(shù)與交直流混聯(lián)配電系統(tǒng)結(jié)合交流主網(wǎng)或上級配網(wǎng)配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)問題1:能量管理系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)一二次融合構(gòu)網(wǎng)型分布式儲能儲能有功功率(MW)1-sforfJ?dodrLpg有功功率(MW)1-sforfJ?dodrLpgf1KgO+十fP|U方向2:設(shè)備靈活控制技術(shù)—一功率支撐控制技術(shù)解決思路：傳統(tǒng)控制ttd+1Kd+1KU十U十基于APLL控制在0.15s內(nèi)可實現(xiàn)快速的動態(tài)無功支撐，傳統(tǒng)控制則需要0.3s。APLL能提供更多的無功支撐，相應(yīng)的電壓基于APLL控制在0.15s內(nèi)可實現(xiàn)快速的動態(tài)無功支撐，傳統(tǒng)控制則需要0.3s。APLL能提供更多的無功支撐，相應(yīng)的電壓雷缽寺上村#2公變支線雷缽寺上村#2公變支線套之配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)案例應(yīng)用一一靈活性資源控制云南鶴慶縣網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分散且薄弱，保供電難度大。充分利用分布式光伏資源稟賦，在上級配網(wǎng)失電或者饋線故障時，以多臺區(qū)獨立組網(wǎng)運行的方式實現(xiàn)連續(xù)供電，以降低非計劃停電時長。中ZG構(gòu)網(wǎng)型分布式儲能控制策略電風(fēng)KZm有功/無功功事調(diào)整ef1通信模塊一層：下達臺區(qū)內(nèi)分布式資通信模塊通信模塊搭載于積成電子標通信模塊一層：下達臺區(qū)內(nèi)分布式資通信模塊源功率調(diào)整指令二層：三層：與饋線有限通信(獲取分布式控制領(lǐng)導(dǎo)者)能量模塊二次融合構(gòu)網(wǎng)型二次融合構(gòu)網(wǎng)型分布式儲能儲能可并聯(lián)擴展云南鶴慶縣多臺區(qū)獨立組網(wǎng)試點臺區(qū)單元控制策略與多臺區(qū)組網(wǎng)一二次設(shè)備34柔性配電網(wǎng)保護配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)柔性配電網(wǎng)保護防孤島保護分布式自適防孤島保護應(yīng)保護553⑩⑧⑩閉合的斷路器新開的斷路器@電源B電源A②④配電系統(tǒng)靈活性提升技術(shù)電流結(jié)息保護鐵用計算負供電慎復(fù)供電恢復(fù)完成訂閥上都確宏新的保護確定新的整定值確定新的整定值供電恢復(fù)電流信息實時拓電流信息切除故降武岳，范開俊，徐丙垠等.計及拓撲結(jié)構(gòu)變化的分布式自適應(yīng)電流保護方法[J/OL].電力自動化設(shè)備防孤島保護類型防孤島保護類型配電系統(tǒng)