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)的關鍵技術第1頁/共40頁智能配電網(wǎng)的特點集中式發(fā)電和分布式發(fā)電并行電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運行，交直流混合電網(wǎng)消費者正在變成發(fā)供者高峰時峰谷差加大電動汽車正在快速出現(xiàn)儲能裝置第2頁/共40頁分布式發(fā)電在輸電網(wǎng)中產生雙向潮流 當分布式可再生能源發(fā)電達到一定比例時，不僅在低壓側會出現(xiàn)雙向潮流，在中壓測，甚至在高壓側，也會出現(xiàn)雙向潮流。第3頁/共40頁分布式發(fā)電在低壓電網(wǎng)產生過電壓問題第4頁/共40頁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

2、50%。第5頁/共40頁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)的運行可靠性已經高達99.9999% 第6頁/共40頁利用現(xiàn)代傳感和計算技術實現(xiàn)對各個裝置的全面感知借助現(xiàn)代通信技術將系統(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)物理結構的變化，充分利用配電網(wǎng)的特點，必須建設現(xiàn)代配電網(wǎng)。現(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)決策第7頁/共40頁1. 1. 智能配電網(wǎng)特點智能配電網(wǎng)特點2.

3、2. 主動配電網(wǎng)主動配電網(wǎng)的基本概念的基本概念3. 主動配電網(wǎng)的關鍵技術第8頁/共40頁主動配電網(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

4、的配電調度員的職責；還將肩負使得用戶可以方便參與電力市場買賣電能、協(xié)調控制分布式發(fā)電的重任，即使市場的經營者；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9發(fā)電聚合體負荷聚合體售電公司發(fā)用聚合體第9頁/共40頁主動配電網(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 服務質量 監(jiān)管資產管理保護和控制自動化信息通信技術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)第10

5、頁/共40頁主動配電網(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)的拓撲結構 增加調壓器和有載調壓變壓器 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 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管理能力 電能質量監(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 光纖、無線網(wǎng)絡、電力線

6、載波和衛(wèi)星 以太網(wǎng)第11頁/共40頁主動配電網(wǎng)中可控資源 光伏發(fā)電、風電 有功一般不能調節(jié)，特殊情況下，可向下調節(jié) 無功功率可調，可參與電壓控制 生物質發(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、調壓變壓器、靜止無功控制器 無功電壓控制 需求側響應 大用戶 小用戶集群控制 負荷控制 直接負荷控制 電壓敏感負荷第12頁/共40頁主動配電網(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)側的主動規(guī)劃、管理、控制與服務、負荷側的主動響應和發(fā)電側的主動參與的核心技術（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。可控資源（電源）n分布式

7、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n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)13第13頁/共40頁1. 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)的關鍵技術主動配電網(wǎng)的關鍵技術第14頁/共40頁一、配電網(wǎng)主動規(guī)劃 傳統(tǒng)規(guī)劃，側重一次電網(wǎng)架構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)劃強調建設堅強可靠的一次電網(wǎng)架構、深度協(xié)調的二次自動化系統(tǒng)與功能強大的智能決策支持系統(tǒng) 主動規(guī)劃的第二

8、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)劃強調由配電網(wǎng)規(guī)劃設計單位主動對區(qū)域內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)進行前瞻性改造第15頁/共40頁主動配電網(wǎng)規(guī)劃的要素高品質主動配電網(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）和用于構成環(huán)網(wǎng)的新增配電線路/饋線的綜合影響。現(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

9、第16頁/共40頁基于多重信息的空間負荷預報技術空間負荷預報技術是高品質配電網(wǎng)規(guī)劃的基礎。與只關注系統(tǒng)負荷數(shù)量增長的傳統(tǒng)負荷預報相比，空間負荷預報除了關注負荷數(shù)量的增長，更加關注負荷在何時何處增長。空間負荷預報在長達20年的時間跨度內，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。空間負荷預報基于小區(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

10、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。第17頁/共40頁主動配電網(wǎng)的規(guī)劃運行一體化系統(tǒng)18主動配電網(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主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與運行的滾動校驗評估技術平臺算法能源信息協(xié)調的主動配電網(wǎng)主網(wǎng)配網(wǎng)一體化規(guī)劃技術用戶主動配電網(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)展第18頁/共40頁二、配電網(wǎng)的主動管理 資產管理 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 故障管理 對高可靠性用戶，推廣自愈技術 搶

11、修管理系統(tǒng)與調度自動化、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 繼電保護管理 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) 供電質量管理第19頁/共40頁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.故障管理縮短故障停電時間SAIDI (systemaverage interruptiond

12、uration index)SAIFI (systemaverage interruptionfrequency index)第20頁/共40頁供電質量管理預“防”“治”理防治結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針對電壓暫降和短時中斷的有源快速切換管理技術基于雙端同步信息量測的單相接地故障快速電網(wǎng)自愈技術第21頁/共40頁三：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、電壓調節(jié)負荷、需求響應負荷生物質發(fā)電平抑光伏發(fā)電的隨機性、

13、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)調控制第22頁/共40頁有功無功功率協(xié)調控制機制 基于電壓主動調節(jié)的負荷柔性控制-協(xié)調控制架構 協(xié)調控制體系包括全局控制器：全局優(yōu)化局部控制器：區(qū)域自治協(xié)調控制模式協(xié)調控制模式第23頁/共40頁有功無功協(xié)調的全局優(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)調優(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，

14、從而實現(xiàn)網(wǎng)損最小或經濟效益最高等優(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)調控制的間隔周期內，通過充分調動本區(qū)域內各種新型可控單元參與調節(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。關口有功功率關口功率因數(shù)饋線末端電壓幅值負荷變化情況可控單元狀態(tài)量全局全局-局部協(xié)調控制局部協(xié)調控制第24頁/共40頁有功無功協(xié)調的區(qū)域自治控制短時間尺度局部控制器手段有功功率DG(柴油發(fā)電機、光伏、風電、蓄電池等)無功功率DG、電容器等無功調節(jié)設備柔性負荷電壓敏感性負荷目標消除區(qū)域內擾動，跟蹤全局優(yōu)化目標策略接收由全局控制器發(fā)來的關口有功。功率因數(shù)、饋線末節(jié)點

15、電壓等指令，通過對控制區(qū)域內有功、無功與柔性負荷的調節(jié)，修正區(qū)域內運行工況與下發(fā)指令的偏差第25頁/共40頁多能源系統(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。第26頁/共40頁四：主動配電網(wǎng)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

16、第27頁/共40頁五：用戶的主動響應 電網(wǎng)平衡節(jié)能用戶舒適度需求側響應不僅僅是電網(wǎng)發(fā)電負荷平衡的手段能源建筑信息技術公共事業(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第28頁/共40頁0%20%40%60%80%100%0%20%40%60%80%100%Percentage of YearLoad Factor (%)5%5% = 400 hrs/yr75%90%(8,760 hrs)配電發(fā)電舒適性負荷使配電網(wǎng)的資產利用率降低25% 的配電和 10% 的發(fā)電資產 (輸電相似), 價值上萬億的資產，年利用小時數(shù)小于400!小時負荷作為峰荷的分數(shù), 從高到低排序第29頁/共40

17、頁需求側響應的類型需求側需求側響應能效分布式資源用戶控制可靠性經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第30頁/共40頁六：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 旋轉備用：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

18、計可以動態(tài)改變其阻抗，減少諧波振蕩第31頁/共40頁安裝儲能設備和參與調度 安裝電網(wǎng)和當?shù)貎δ苎b置對光伏發(fā)電進行調節(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)的安全運行第32頁/共40頁輸出功率平滑技術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。第33頁/共40頁主動配電網(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 用戶配電設備信息第34頁/共40頁n適用于主動配電網(wǎng)的綜合配電單元綜合配電單元IDU 電能質量監(jiān)視故障諧波數(shù)據(jù)裝置內置數(shù)據(jù)存儲單元，在當?shù)乇Ａ綦娔苜|量監(jiān)視、故障錄波和諧波的有關信息，在需要時可上傳第35頁/共40頁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)勢感知預警技術主動配電網(wǎng)態(tài)勢感知技術第36頁/共40頁多源信息融合的態(tài)勢感知