1、1. 1. 智能配電網特點智能配電網特點2. 主動配電網的基本概念3. 主動配電網的關鍵技術第1頁/共40頁智能配電網的特點集中式發電和分布式發電并行電網環網運行，交直流混合電網消費者正在變成發供者高峰時峰谷差加大電動汽車正在快速出現儲能裝置第2頁/共40頁分布式發電在輸電網中產生雙向潮流 當分布式可再生能源發電達到一定比例時，不僅在低壓側會出現雙向潮流，在中壓測，甚至在高壓側，也會出現雙向潮流。第3頁/共40頁分布式發電在低壓電網產生過電壓問題第4頁/共40頁高滲透率可再生能源發電要求系統具備比較高的靈活性2012年，德國的光伏發電量占年總發電量的%5， 但是光伏發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和合環運行，新加坡電網的運行可靠性已經高達99.9999% 第6頁/共40頁利用現代傳感和計算技術實現對各個裝置的全面感知借助現代通信技術將系統中的各個元件聯系起來 增強電網運行可靠性 提高能源利用效率 消納可再生能源發電 加強與用戶的互動現代配電網的建設目標為了應對配電網物理結構的變化，充分利用配電網的特點，必須建設現代配電網。現代配電網就是所謂的智能電網，盡管定義千差萬別，但目標只有一個：借助于現代計算機技術和分析手段，實時分析電網運行狀態，實時做出最優決策第7頁/共40頁1. 1. 智能配電網特點智能配電網特點2.

3、2. 主動配電網主動配電網的基本概念的基本概念3. 主動配電網的關鍵技術第8頁/共40頁主動配電網的定義與愿景CIGRE定義：主動配電網(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。輸電網絡高壓配網110kVGGGG中壓配網10kV低壓配網0.4kV負荷負荷主動配電網MG微網光伏儲能冷熱電三聯供風力發電n在主動配電網中，隨著分布式發電的發展和電力市場的建立，將出現一批售電公司，分為：負荷、發電和發用聚合體，組織起來參與電力市場，提供電能和輔助服務；n作為聯結用戶與輸電網的重要配電基礎設施，不僅承擔確保配電網安全運行

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、協調控制分布式發電的重任，即使市場的經營者；n主動配電網的目標是在確保電網運行可靠性和電能質量的前提下，增加對現有配電網對可再生能源發電的容納能力。主動配電網的愿景9發電聚合體負荷聚合體售電公司發用聚合體第9頁/共40頁主動配電網主動管理、控制、規劃與服務可控資源配電網基礎設施一次設備：電纜直流配網新材料為什么要發展主動配電網: 氣候變化 服務質量 監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用電聚合體主動配電網的三大要素與相互關系電力市場（動態電價）輸電網二次系統：自動化系統通信系統保護系統第10

5、頁/共40頁主動配電網的基礎設施 堅強可靠的一次網絡 變電站、饋線和變壓器是配電網的基礎裝備 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的拓撲結構 增加調壓器和有載調壓變壓器 低壓直流配網、電力電子設備 靈活有效的二次系統 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的監測： 除了傳統的電壓、電流監測，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 電能質量監測儀，故障記錄儀，配網PMU和局部放電監測設備等 各種通信技術 光纖、無線網絡、電力線

6、載波和衛星 以太網第11頁/共40頁主動配電網中可控資源 光伏發電、風電 有功一般不能調節，特殊情況下，可向下調節 無功功率可調，可參與電壓控制 生物質發電、地熱、三聯供機組 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頁主動配電網的核心理念 充分利用主動配電網的可控資源，研究可以實現電網側的主動規劃、管理、控制與服務、負荷側的主動響應和發電側的主動參與的核心技術（裝置與系統），變被動接受為主動利用, 實現主動配電網的運行目標。可控資源（電源）n分布式

7、能源n冷熱電聯供n儲能系統運行目標n高電能品質n高運行可靠性n清潔能源的高滲透率n為主網提供電能與備用服務裝置和系統主動規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13第13頁/共40頁1. 智能配電網特點2. 主動配電網的基本概念3. 3. 主動配電網的關鍵技術主動配電網的關鍵技術第14頁/共40頁一、配電網主動規劃 傳統規劃，側重一次電網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、通信系統和配電網管理系統對電網運行可靠性的影響。 主動規劃強調建設堅強可靠的一次電網架構、深度協調的二次自動化系統與功能強大的智能決策支持系統 主動規劃的第二

8、層涵義體現在對分布式可再生能源發電的態度上 主動規劃強調由配電網規劃設計單位主動對區域內的分布式可再生能源發電能力進行主動評估，掌握區域內可再生能源發電的資源分布，主動規劃接入點，評估消納能力，并在必要時，對電網進行前瞻性改造第15頁/共40頁主動配電網規劃的要素高品質主動配電網規劃必須綜合考慮傳統的一次網絡設備、新型智能保護開斷設備、分布式能源（發電和儲能）、新型配電設備（電容/電抗器）和用于構成環網的新增配電線路/饋線的綜合影響。現有配電網規劃智能配電網現有配電網變電站變電站變電站變電站智能配電網現有傳統保護/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規劃的基礎。與只關注系統負荷數量增長的傳統負荷預報相比，空間負荷預報除了關注負荷數量的增長，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、饋線及系統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人口數據、歷史負荷和氣象數據、土地使用情況和地理信息。智能配電網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電的模式。空間負荷預報需要充分利用智能電表數據和精確氣象預報數據；還

10、需要考慮現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頁主動配電網的規劃運行一體化系統18主動配電網運行數據主動配電網規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的規劃與運行的滾動校驗評估技術平臺算法能源信息協調的主動配電網主網配網一體化規劃技術用戶主動配電網規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劃的充分互動，實現主動配電網的更精確、更高效、更靈活、更智能的規劃發展第18頁/共40頁二、配電網的主動管理 資產管理 充分利用目前配電網中配置的多源量測 綜合利用物聯網、傳感和大數據分析技術 故障管理 對高可靠性用戶，推廣自愈技術 搶

11、修管理系統與調度自動化、用戶管理系統的集成 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 適應于主動配電網的新型保護系統 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絡等效的主動配電網安全合環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 作為區域能源管理中心對區域內的所有發電資源進行主動控制。 充分利用主動配電網中的“冷熱電”三聯供、分布式儲能、電壓調節負荷、需求響應負荷生物質發電平抑光伏發電的隨機性、

13、波動性，通過與電網態勢的密切互動，實現可再生能源的消納。 在主動配電網中，由于分布式電源的引入，傳統的從主變到負荷，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中尤為重要 需要充分利用各種電網無功控制設備和分布式發電的無功控制能力，進行協調控制第22頁/共40頁有功無功功率協調控制機制 基于電壓主動調節的負荷柔性控制-協調控制架構 協調控制體系包括全局控制器：全局優化局部控制器：區域自治協調控制模式協調控制模式第23頁/共40頁有功無功協調的全局優化控制全局優化控制全局優化控制建立全局有功-無功協調優化的數學模型，并通過對該模型的優化計算確定智能電網中所有的控制變量取值，

14、從而實現網損最小或經濟效益最高等優化目標。區域自治控制區域自治控制在長時間尺度優化協調控制的間隔周期內，通過充分調動本區域內各種新型可控單元參與調節，修正實際運行工況與理想優化工況的偏差，以保證各區域能在全局優化所得的最優狀態附近運行。關口有功功率關口功率因數饋線末端電壓幅值負荷變化情況可控單元狀態量全局全局-局部協調控制局部協調控制第24頁/共40頁有功無功協調的區域自治控制短時間尺度局部控制器手段有功功率DG(柴油發電機、光伏、風電、蓄電池等)無功功率DG、電容器等無功調節設備柔性負荷電壓敏感性負荷目標消除區域內擾動，跟蹤全局優化目標策略接收由全局控制器發來的關口有功。功率因數、饋線末節點

15、電壓等指令，通過對控制區域內有功、無功與柔性負荷的調節，修正區域內運行工況與下發指令的偏差第25頁/共40頁多能源系統聯合運行優化控制針對主動配電網中多種能源時空特性的互補特征，對分布式發電、冷熱電三聯共機組、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調優化,實現多能源系統的聯合優化運行與風險平抑。第26頁/共40頁四：主動配電網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 電網平衡節能用戶舒適度需求側響應不僅僅是電網發電負荷平衡的手段能源建筑信息技術公共事業僅僅依靠電力工業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)配電發電舒適性負荷使配電網的資產利用率降低25% 的配電和 10% 的發電資產 (輸電相似), 價值上萬億的資產，年利用小時數小于400!小時負荷作為峰荷的分數, 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：可再生能源發電的主動參與 可再生能源消納不僅僅是電網公司的責任 為了消納可再生能源發電，全民和電網公司都做出了犧牲 售電收入的損失：用零售電價收購可再生能源發電 旋轉備用：天氣不能永遠陽光普照，在陰天下雨時，電網必須供電 可再生能源發電需要主動適應 現代電力電子技術的快速發展，使得光伏發電可以具備一定的無功電壓支撐能力 光伏發電機組通過配備的小型儲能，可以對其輸出功率進行平滑，可以減少對電網的沖擊 改進逆變器的設

18、計可以動態改變其阻抗，減少諧波振蕩第31頁/共40頁安裝儲能設備和參與調度 安裝電網和當地儲能裝置對光伏發電進行調節以防止電網發生穩定問題 允許電網控制中心在必要情況下主動削減光伏發電的發電功率，以保證電網的安全運行第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；當發生諸如烏云等天氣狀況時，功率向下跳躍的數率太大，遠遠超過了電網的允許范圍。綠線是配備了平滑控制裝置后逆變器的輸出功率，可以滿足電網對功率波動允許范圍的要求。第33頁/共40頁主動配電網的基礎：全面量測目前配電網量測范圍實施主動配電網后量測范圍完整的信息 系統決策的依據 電網監控自己設備 用戶管理自己設備現狀 信息不完整系統決策依據不足缺點 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適用于主動配電網的綜合配電單元綜合配電單元IDU 電能質量監視故障諧波數據裝置內置數據存儲單元，在當地保留電能質量監視、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 基于狀態估計、快速仿真分析和風險預警的多信息源主動配電網態勢感知預警技術主動配電網態勢感知技術第36頁/共40頁多源信息融合的態勢感知