主动配电网导论.ppt
,主动配电网导论,内 容,智能配电网特点主动配电网的基本概念主动配电网的关键技术,智能配电网的特点,集中式发电和分布式发电并行,电网环网运行，交直流混合电网,消费者正在变成发供者,高峰时峰谷差加大,电动汽车正在快速出现,储能装置,分布式发电在输电网中产生双向潮流,当分布式可再生能源发电达到一定比例时，不仅在低压侧会出现双向潮流，在中压测，甚至在高压侧，也会出现双向潮流。,分布式发电在低压电网产生过电压问题,高渗透率可再生能源发电要求系统具备比较高的灵活性,2012年，德国的光伏发电量占年总发电量的%5，但是光伏发电功率与负荷之比有时却高达50%。,人们对高可靠性供电的要求越来越高,借助于SCADA和合环运行，新加坡电网的运行可靠性已经高达99.9999%,增强电网运行可靠性提高能源利用效率消纳可再生能源发电加强与用户的互动,现代配电网的建设目标,为了应对配电网物理结构的变化，充分利用配电网的特点，必须建设现代配电网。现代配电网就是所谓的智能电网，尽管定义千差万别，但目标只有一个：,借助于现代计算机技术和分析手段，实时分析电网运行状态，实时做出最优决策,内 容,智能配电网特点主动配电网的基本概念主动配电网的关键技术,主动配电网的定义与愿景,输电网络,高压配网110kV,G,G,G,G,中压配网10kV,低压配网0.4kV,负荷,负荷,主动配电网,MG微网,在主动配电网中，随着分布式发电的发展和电力市场的建立，将出现一批售电公司，分为：负荷、发电和发用聚合体，组织起来参与电力市场，提供电能和辅助服务；作为联结用户与输电网的重要配电基础设施，不仅承担确保配电网安全运行的配电调度员的职责；还将肩负使得用户可以方便参与电力市场买卖电能、协调控制分布式发电的重任，即使市场的经营者；主动配电网的目标是在确保电网运行可靠性和电能质量的前提下，增加对现有配电网对可再生能源发电的容纳能力。,主动配电网的愿景,10,发电聚合体,负荷聚合体,售电公司,发用聚合体,主动配电网的三大要素与相互关系,电力市场（动态电价）,输电网,二次系统：自动化系统通信系统保护系统,主动配电网的基础设施,坚强可靠的一次网络变电站、馈线和变压器是配电网的基础装备提高一次设备可靠性的手段：以电缆代替架空线配电线路建在路边，远离树林以补偿接地代替隔离接地把10KV电压等级提高到20KV简化主变和高压电网的拓扑结构增加调压器和有载调压变压器低压直流配网、电力电子设备,灵活有效的二次系统重合闸和断路器快速切换开关中压馈线、二次变电站和低压电网的监测：除了传统的电压、电流监测，还要增加温度传感器，门位置传感器和各种类型的可视化传感器以增强资产管理能力电能质量监测仪，故障记录仪，配网PMU和局部放电监测设备等各种通信技术光纤、无线网络、电力线载波和卫星以太网,主动配电网中可控资源,光伏发电、风电有功一般不能调节，特殊情况下，可向下调节无功功率可调，可参与电压控制生物质发电、地热、三联供机组有功、无功均可控储能（电动汽车）有功可控,电容、电抗、调压变压器、静止无功控制器无功电压控制需求侧响应大用户小用户集群控制负荷控制直接负荷控制电压敏感负荷,主动配电网的核心理念,充分利用主动配电网的可控资源，研究可以实现电网侧的主动规划、管理、控制与服务、负荷侧的主动响应和发电侧的主动参与的核心技术（装置与系统），变被动接受为主动利用,实现主动配电网的运行目标。,14,内 容,智能配电网特点主动配电网的基本概念主动配电网的关键技术,一、配电网主动规划,传统规划，侧重一次电网架构的确定与变压器容量的选择，很少考虑配电自动化系统、通信系统和配电网管理系统对电网运行可靠性的影响。主动规划强调建设坚强可靠的一次电网架构、深度协调的二次自动化系统与功能强大的智能决策支持系统,主动规划的第二层涵义体现在对分布式可再生能源发电的态度上主动规划强调由配电网规划设计单位主动对区域内的分布式可再生能源发电能力进行主动评估，掌握区域内可再生能源发电的资源分布，主动规划接入点，评估消纳能力，并在必要时，对电网进行前瞻性改造,主动配电网规划的要素,高品质主动配电网规划必须综合考虑传统的一次网络设备、新型智能保护开断设备、分布式能源（发电和储能）、新型配电设备（电容/电抗器）和用于构成环网的新增配电线路/馈线的综合影响。,现有配电网,规划,智能配电网,现有配电网,变电站,变电站,变电站,变电站,智能配电网,现有传统保护/开断装置,新的智能保护/开断装置,分布式电源,新型配电设备控制器电容器,新的配电线路馈线,基于多重信息的空间负荷预报技术,空间负荷预报技术是高品质配电网规划的基础。与只关注系统负荷数量增长的传统负荷预报相比，空间负荷预报除了关注负荷数量的增长，更加关注负荷在何时何处增长。空间负荷预报在长达20年的时间跨度内，对住宅小区、馈线及系统的年度峰值负荷进行预报。这些预报结果可用于确定新增配电设施（变电站、馈线、变压器等）的最佳位置。空间负荷预报基于小区人口数据、历史负荷和气象数据、土地使用情况和地理信息。,智能配电网中的空间负荷预报必须考虑分布式电源、电动汽车、需求侧响应对空间负荷的影响，识别出负荷和分布式发电的模式。空间负荷预报需要充分利用智能电表数据和精确气象预报数据；还需要考虑现有和新增负荷的终端模型，对每一类负荷建立对应不同日期类型的负荷曲线。,主动配电网的规划运行一体化系统,19,二、配电网的主动管理,资产管理充分利用目前配电网中配置的多源量测综合利用物联网、传感和大数据分析技术故障管理对高可靠性用户，推广自愈技术抢修管理系统与调度自动化、用户管理系统的集成分岛运行：充分利用利用分布式电源继电保护管理继电保护定值的在线整定适应于主动配电网的新型保护系统供电质量管理,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.,故障管理缩短故障停电时间,SAIDI(systemaverage interruptionduration index),SAIFI(systemaverage interruptionfrequency index),供电质量管理,预“防”,“治”理,防治结合,基于同步信息量测进行网络等效的主动配电网安全合环技术,基于高可靠性电源主动寻找的重点用户运行风险预防管理技术,针对电压暂降和短时中断的有源快速切换管理技术,基于双端同步信息量测的单相接地故障快速电网自愈技术,三：有功功率和无功电压的主动控制,作为区域能源管理中心对区域内的所有发电资源进行主动控制。充分利用主动配电网中的“冷热电”三联供、分布式储能、电压调节负荷、需求响应负荷生物质发电平抑光伏发电的随机性、波动性，通过与电网态势的密切互动，实现可再生能源的消纳。,在主动配电网中，由于分布式电源的引入，传统的从主变到负荷，电压依次降低的格局将被打破，电压波动加剧无功电压控制在主动配电网中尤为重要需要充分利用各种电网无功控制设备和分布式发电的无功控制能力，进行协调控制,有功无功功率协调控制机制,基于电压主动调节的负荷柔性控制-协调控制架构,协调控制体系包括全局控制器：全局优化局部控制器：区域自治,协调控制模式,有功无功协调的全局优化控制,全局-局部协调控制,有功无功协调的区域自治控制,短时间尺度,局部控制器,手段,目标,消除区域内扰动，跟踪全局优化目标,策略,接收由全局控制器发来的关口有功。功率因数、馈线末节点电压等指令，通过对控制区域内有功、无功与柔性负荷的调节，修正区域内运行工况与下发指令的偏差,多能源系统联合运行优化控制,针对主动配电网中多种能源时空特性的互补特征，对分布式发电、冷热电三联共机组、电压敏感负荷、需求侧响应（激励响应负荷）、电力储能（含电动汽车）、蓄热和蓄冷设备进行协调优化,实现多能源系统的联合优化运行与风险平抑。,四：主动配电网的主动服务,服务能力,分布式能源接入,用户互动,多能源利用,短期定制电力,主动规划分布式电源接入点提供用户接入能力的分析,提供短期电力定制短期提升供电品质,冷热电联供能效管理,需求响应辅助服务全面的互动互惠,五：用户的主动响应,需求侧响应不仅仅是电网发电负荷平衡的手段,仅仅依靠电力工业不可能完全解决能源问题，必须鼓励用户主动参与,30,5%,75%,90%,舒适性负荷使配电网的资产利用率降低,25%的配电和 10%的发电资产(输电相似),价值上万亿的资产，年利用小时数小于400!,小时负荷作为峰荷的分数,从高到低排序,需求侧响应的类型,需求侧,需求侧响应,能效,分布式资源,用户控制,可靠性,经济性,容量,紧急响应,辅助服务,报价,日前市场,实时市场,动态电价,无风险电价,单一电价,阶梯电价,分时电价,实时电价,期货,六：可再生能源发电的主动参与,可再生能源消纳不仅仅是电网公司的责任为了消纳可再生能源发电，全民和电网公司都做出了牺牲售电收入的损失：用零售电价收购可再生能源发电旋转备用：天气不能永远阳光普照，在阴天下雨时，电网必须供电可再生能源发电需要主动适应,现代电力电子技术的快速发展，使得光伏发电可以具备一定的无功电压支撑能力光伏发电机组通过配备的小型储能，可以对其输出功率进行平滑，可以减少对电网的冲击改进逆变器的设计可以动态改变其阻抗，减少谐波振荡,安装储能设备和参与调度,安装电网和当地储能装置对光伏发电进行调节以防止电网发生稳定问题,允许电网控制中心在必要情况下主动削减光伏发电的发电功率，以保证电网的安全运行,输出功率平滑技术,红线是可再生能源的输出功率；蓝线是没有配备平滑控制装置情况下的逆变器输出功率；当发生诸如乌云等天气状况时，功率向下跳跃的数率太大，远远超过了电网的允许范围。绿线是配备了平滑控制装置后逆变器的输出功率，可以满足电网对功率波动允许范围的要求。,主动配电网的基础：全面量测,完整的信息 系统决策的依据,综合配电单元IDU,电能质量监视故障谐波数据,装置内置数据存储单元，在当地保留电能质量监视、故障录波和谐波的有关信息，在需要时可上传,主动配电网态势感知技术,多源信息融合的态势感知技术,协同交互控制技术,负荷柔性控制,集群需求响应,多能源优化与风险平抑,电能品质控制技术,安全合环技术,重点用户风险预防,非有效接地单向接地自愈,有源快切技术,主动配电网信息平台,共享管理技术,元件即插即用安全可信接入技术,平台总线技术,IDU,地调DMS,电量AMI,负荷需求特性辨识,综合配电单元和布点优化,多源态势感知,38,通信信道支撑,通信信道支撑,规划运行互动决策技术,时序场景模式演进,主配一体化规划,可视化决策与互动推演,滚动校验评估,规划运行互动决策系统,运行控制系统,关键技术集成示范,5,6,4,3,2,1,1,配电自动化,合环控制,运行信息抽取与时序场景模拟,主动配电网规划运行决策支持系统,主动配电网综合配电终端单元,常规能源,分布式电源,分布式储能,电动汽车,需求侧响应,调度自动化系统,配电自动化系统,营销自动化系统,示范区现有的一次基础设施、二次系统,主动配电网项目实施框架,主动配电网运行控制系统,配网规划辅助系统,状态估计,负荷柔性控制,需求集群响应优化控制,态势感知,多能源系统协同优化,主配电网协调规划,规划目标与运行性能滚动校验互评估,可视化展示,可触摸交互,子系统：,子系统：,39,可靠性分析系统,可视化展示系统,研究单位现有成果,平台研发,新装置研发,信息集成,新系统研发,移动式配网快速切换装置,分布式电源,分布式电源、电动汽车和高品质供电需求的出现改变了传统配电网的形态，产生了一系列新的问题需要解决信息通信技术的快速发展与现代配电网的密切结合，产生了主动配电网主动配电网的核心理念是配电网侧的主动规划、主动管理、主动控制与主动服务，用户侧的主动响应和发电侧的主动参与以信息集成为基础，结合主动配电网理念和大数据技术的配电网规划运行控制技术是智能电网的重要研究方向,结论,
