武汉大学-电力行业：配电系统灵活性提升技术研究

配电系统灵活性提升技术研究武汉大学01背景与意义02柔性配电系统的特征03配电系统灵活性提升技术04总结与展望背景与意义配电系统是构建新型电力系统的关键领域■配电系统承上启下，具备区域能源协同和供需深度互动的能力，支撑大规模分布式能源接入，满足多样化负荷的供电需求。需求响应分布式储能智慧工厂、数据中心书三联供负荷集成商小水电光伏发电清洁低碳安全充裕经济高效供需协同灵活智能电动汽车分散式风电电动汽车配电系统正在演变为区域资源优化配置平台，对我国能源供给与消费的低碳化转型起到关键支撑作用。32013-2021年中国分散式风2013-2021年中国分散式风0瓦)配电系统的形态变革一一新型源荷大规模接入分布式电源装机(35kv及以下)2亿千瓦2.5~3亿干瓦亿千瓦10.95亿干瓦电动汽车1200万辆2500万辆8500万辆5.3亿辆全社会用电量8.4万亿度9.5万亿度12万亿16万亿最高负荷10.4亿千瓦15.7亿千瓦17.7亿千瓦24.3亿千瓦终端电能占比*数据来源：中国能源电力发展展望2021国网能源院2015-2020年度全国可再生能源电力发展监测报告、国家能源局中国风电产业地图2021风能专委会背景与意义配电系统的形态变革一—新型配电技术日趋成熟■柔性配电装备日趋成熟：能量路由器、柔性多状态开关、直流配电设备等已示范应用并日趋成熟，可实现柔性互联和分区功率互济，促进分布式能源消纳、故障隔离、韧性恢复等功能。■运行方式面临变革机遇：分层互联分区自治成为网架新形态，传统“合环设计、开环运行”逐步转变为“合环设计、柔性合环运行”。6和河明成子网rRQ成成子网rRQ悦悦背景与意义变电姑母线变电站母线方m光伏消纳能力不足功率墙01背景与意义02柔性配电系统的特征03配电系统灵活性提升技术04总结与展望柔性配电系统的定义与特征柔性配电系统：是指综合利用电力电子、信息通信、人工智能等技术实现配电系统分布式功率灵活控制、网架灵活切换、运行方式灵活调整，提升配电系统灵活性。配电系统灵活性：在一定时间尺度下，配电系统通过柔性控制和拓扑灵活切换，以经济可靠的方式快速响应分布式电源及负荷不确定性变化的能力。项目网架特点辐射状、开环运行多馈线多资源互联、柔性闭环运行元素特征源荷单一分布式电源、电动汽车、SNOP、直流配电等多元新元素调度措施网架重构、无功-电压优化网架柔性切换、有功/无功-电压综合调控、分层分区调控等能信传输能量/控制指令自上而下，单向流动源网荷能量与信息双向流动、多维互动负载调控调控能力低调控能力高故障转供存在转供电时间长、短时段停电问题故障快速隔离，不间断转供电8分布式电源虚拟电厂配电自动化柔性多状态开关可控负荷柔性多状态开关可控负荷能量路由器等9研究方向手段提升配电系统灵活性的主要手段研究方向手段灵活性资源规划用技术柔性配电网保护软件定义装备软件定义网络软件定义系统软件定义装备软件定义网络02柔性配电系统的特征03配电系统灵活性提升技术04总结与展望灵活性资源规划技术配电系统灵活性提升技术灵活性资源规划技术柔性网架柔性网架规划方法协同规划柔性装备设计和应用储能规划配置层优化调度层获得最优规划方案储能规划配置层优化调度层获得最优规划方案配电系统灵活性提升技术方向1:多元灵活性资源协同规划目标：优化系统中的多元柔性资源布置，平抑系统中源荷灵活性资源规划分析配电网灵活性需求，生成灵活性需求场景，构建灵活性评价指标，针对各类柔性资源特点，建立双层规划模型，即规划配置层和优化调需求场景交直流配电网双层优化模型电网结构型式负荷水平配电系统灵活性提升技术电网结构型式负荷水平方向1:多元灵活性资源协同规划一—新型配电系统不确定性源荷承载力分析通过不同场景随机/时序潮流计算，计及多时间尺度、灵活性资源及不通过不同场景随机/时序潮流计算，计及多时间尺度、灵活性资源及不确定性等特征，定量关系描述分布式光伏接入规律，为实际配电系统分入的能力不明布式光伏规划提供参考技术原则负荷参数网架参数技术原则负荷参数保护中低压配电网分布式光伏接入规律中低压配电网分布式光伏接入规律优化目标越限场景集场景构建优化目标源网荷储模型系统结构形态约束条件约束条件优化求解优化求解优化目标越限场景集场景构建优化目标源网荷储模型系统结构形态约束条件约束条件优化求解优化求解柔性资源规划技术传输能源消耗传输能源消耗波动率07:3009-0010.30120013:3015:00163018:00储能用于平抑光伏输出功率波动，波动率基本在10%以下；优化配置后，储能充电功率具有更大的可调节性；并网功越限指标可章性指标置越限指标可章性指标置Y.N化经济性指标病电能力指标开赔夏酸电增如员荷点?立NN国党是否结商?Y坚结束配电系统灵活性提升技术方向2:柔性网架规划压电网的多时空尺度的演变机理，建立中低压电网可靠性充裕性经济性配电网演化模型模拟点边物理距离节点度配电系统灵活性提升技术应用案例一一多元协同规划灵活性资源规划电压泰尔优化后乡村优化后优化后1■优化前■优化后1.11优化前■优化后潮流分布熵计算网损率网损率■优化前潮流分布煽电压泰尔嫡潮流分布煽电压泰尔嫡优化后网损率网损率电压泰尔嫡7…=G+xv.-总号不意(货)())网损率分布嫡泰尔熵V册流电压配电系统灵活性提升技术方向3:柔性装备设计与应用目标：灵活性资源规划实施路径：发电预测光伏风电系统建模系统建模求解算法配置方案配电系统灵活性提升技术灵活性资源规划方向3:柔性装备设计与应用一柔性多状态开关面向多场景多工况的柔性多状态开关配置方法?建立了含柔性多状态开关的交直流配电系统安装位置及结合受限程度排序实现场景筛选，为复杂运行场景下的交直流配电系统大量复杂E运行场景规划层ADNP方案是否配电系统灵活性提升技术问题2:解决思路：电能路由器电能路由器配网接口层主动配电网正常状态端口投资费用运维复拆算成本报凭良用着环消纳消纳建模建模·能量路由器安装于节点29时年综合成本最小，-110-。电压偏差、成本灵活性资源优化调度配电系统灵活性提升技术灵活性资源优化调度灵活组网潮流灵活灵活组网调控眉拓源荷互动层眉拓源荷互动层配电系统灵活性提升技术方向1:灵活组网技术灵活性资源优化调度综合考虑网损和电压偏差寻求连续时段配电系统最优运行方式7872634545节点测试系统网架统网架时刻点获得最交直流配电系统拓扑双层优化模型采用构网型分布式储能+新能源主动支撑的架构，加入“构网采用构网型分布式储能+新能源主动支撑的架构，加入“构网型变流器+台区管控单元”,实现分层分布式单元自消纳、区域自平衡、系统自组织配电系统灵活性提升技术灵活性资源优化调度方向1:灵活组网技术分布式电源利益主体众多、装备标准不一，难以协同，如何在不改变用户装备前提下实现台区独立组网?软件定义控制负荷负荷负荷负荷负荷可调度资源调度资源台区3台区4台区1J正常蓄水位兴利库容策略目标>降低弃水量>预留更多可用库容正常蓄水位兴利库容策略目标>降低弃水量>预留更多可用库容扑G的邻接矩阵A的元素有功网损/Wh配电系统灵活性提升技术灵活性资源优化调度问题2:构后网损降低82.27%,弃水量降低50%。否R“p扑结束微电网重构结果协调运行协调运行协调运行协调运行独立运行重构前重构后重构前重构后重构前重构后重构前重构后低约50%低约50%节点节点电压分布(时刻19)实现潮流灵活调配电系统灵活性提升技术灵活性资源优化调度与配电自动化云边端架构结合，建立分布式潮流调控策略，优化系统潮流分布，避免过电压和重过载，促进分布式电源规模化接入结合发电/负荷分层级预测和系统潮流分布规律，建立交直流混合配电系统分层多目标运行模型，提出优化策略。交流系统：调节光储充的功潮流灵活调控潮流灵活调控新型负荷预测模型分布式电源预测模型潮流分配影响因素配电系统灵活性提升技术灵活性资源优化调度问题2:能量管理能量管理交口0负确挑逝|优化调度模块模块负荷实时采解料2022-07.38113820¥*A多县标备选调*家通1压是10.00%编室1.海14置a率#优化后损耗4站N-1443站N-1配电系统灵活性提升技术智能集群控制技术设备灵活控制技术多智能体协同控制配电系统灵活性提升技术灵活性资源控制多智能体协同控制问题1:4金场景1金场景1决策1下层控制下层控制运行环境运行环境配电系统灵活性提升技术灵活性资源控制问题2:分析独立供电区域准同期并网条件的影响因素，提出相位差、频率差、电压差控制技术，利用调频、调压、调相技术，调节系统潮流分布实现-微电网1微电网2D₀十Pm1十T.10xPeo调相控制框图颊事H2)灵活性资源控制配电系统灵活性提升技术颊事H2)灵活性资源控制提出考虑暂态频率约束的“集中决策+就地控制”结合的控制策略，集中决策：预先决策小水电与负荷开关状态并定期下发开关指令；是是县参考文献：张秋萍，等.弱通信条件下计及暂态频率约束的小水电微电网紧急控制策略研究.电网技术有源供电区转为孤岛供电模式，功率冲击大、系统等效惯量小、通信条件差，如何在频率/电压不越限情况下实现平滑过渡?集中控制盼段就地控制阶段集数据制定策略，计及通信时延、计算时延与控制时延，规定每五分钟 新并下发一次地量测与简单计算，确定是否孤岛并给出判别信号，信号刷新间隔为互…梳理配电主要场景、工况及对统一配电装备的功能需求，研制模块化多端口统一配电装备，具备变压分流、潮流控制、构网控制、电能质量治理、故障隔离与恢复等功能。电压等级变换电能质量治理柔性调流梳理配电主要场景、工况及对统一配电装备的功能需求，研制模块化多端口统一配电装备，具备变压分流、潮流控制、构网控制、电能质量治理、故障隔离与恢复等功能。电压等级变换电能质量治理柔性调流复流分流保护集成储能柔性调压开关/断路器交直流构网可再生能源0-100%调节模拟超过15种能量路由架构支持算法在线编辑与远程下装支持12种以上交直流配电系统灵活性提升技术方向2:设备灵活控制技术目标：馈线馈线负荷低压直流负荷NN卅交流微网单相交流负荷直流微网N主N>软件定义技术与交直流混联配电系统结合交流主网或上级配网配电系统灵活性提升技术问题1:能量管理系统能量管理系统一二次融合构网型分布式储能儲能有功功率(MW)1-sforfJ⁴dodrLpg有功功率(MW)1-sforfJ⁴dodrLpgf1KgO+十fP|U方向2:设备灵活控制技术—一功率支撑控制技术解决思路：传统控制ttd+1Kd+1KU十U十基于APLL控制在0.15s内可实现快速的动态无功支撑，传统控制则需要0.3s。APLL能提供更多的无功支撑，相应的电压基于APLL控制在0.15s内可实现快速的动态无功支撑，传统控制则需要0.3s。APLL能提供更多的无功支撑，相应的电压雷钵寺上村#2公变支线雷钵寺上村#2公变支线套之配电系统灵活性提升技术案例应用一一灵活性资源控制云南鹤庆县网架结构分散且薄弱，保供电难度大。充分利用分布式光伏资源禀赋，在上级配网失电或者馈线故障时，以多台区独立组网运行的方式实现连续供电，以降低非计划停电时长。中ZG构网型分布式储能控制策略电风KZm有功/无功功事调整ef1通信模块一层：下达台区内分布式资通信模块通信模块搭载于积成电子标通信模块一层：下达台区内分布式资通信模块源功率调整指令二层：三层：与馈线有限通信(获取分布式控制领导者)能量模块二次融合构网型二次融合构网型分布式储能储能可并联扩展云南鹤庆县多台区独立组网试点台区单元控制策略与多台区组网一二次设备34柔性配电网保护配电系统灵活性提升技术柔性配电网保护防孤岛保护分布式自适防孤岛保护应保护553⑩⑧⑩闭合的断路器新开的断路器@电源B电源A②④配电系统灵活性提升技术电流结息保护铁用计算负供电慎复供电恢复完成订阀上都确宏新的保护确定新的整定值确定新的整定值供电恢复电流信息实时拓电流信息切除故降武岳，范开俊，徐丙垠等.计及拓扑结构变化的分布式自适应电流保护方法[J/OL].电力自动化设备防孤岛保护类型防孤岛保护类型配电系统