ADN报告PPT课件

李宁坤 主动配电网 2020 4 16 输配电系统研究所 2 想法 主动配电网所涉及的关键技术 主动配电网 2020 4 16 输配电系统研究所 3 2020 4 16 输配电系统研究所 4 概念 1 2 3 4 为什么提出主动配电网 由什么组织提出 定义是什么 基本特点是什么 ADN与微电网的区别与联系是什么 2020 4 16 输配电系统研究所 5 ADN概念 为什么提出主动配电网的概念 电力系统必须满足 安全 可靠 经济 环保 传统的配电网 网络结构 容量裕度 运行控制方法相对简单 分布式电源 渗透率越来越高 对配电网造成不利影响 主动配电网 为应对分布式电源大规模接入和用户对合理电价范围内供电可靠性期望值日益提高的变化 提出的新的网络运行和控制模式 2020 4 16 输配电系统研究所 6 高渗透率下DG对配电网的影响 1 改变配电网的电压水平2 提高配电网的短路容量3 继电保护策略的复杂度加大4 影响网络的供电可靠性以及加剧电能质量的恶化 目前对DG的解决办法 虽然 微网技术以及虚拟发电厂技术的不断发展给DG的集成提供了解决方案 但是由于微网受其容量限制以及其控制目标不同 尚不能完全解决规模化尤其是可再生能源发电集成到中压配电网带来的传统被动单向供电配电网向双向供电多电源配电网转变的技术问题 可再生能源发电技术 储能技术的进步以及电力电子技术的同步发展解决在中压配电网的并网运行问题 但电网侧尤其是配电网仍然存在可再生能源消纳能力不足 一次网架薄弱 自动化水平不高 调度方式落后以及用电互动化水平较低等问题 严重制约了可再生能源的高渗透率 不利于能源结构的优化调整 2020 4 16 输配电系统研究所 7 ADN概念 2008年 在巴黎首次明确提出ADN Activedistributionnetwork 的概念 目前已经得到国际供电会议 CIRED 和IEEE的认可 CIGREC6 国际大电网会议配电与分布式发电专委会 通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流 以便对局部的DER进行主动控制和主动管理的配电系统 主动配电网的定义 主动配电网提出与定义 2020 4 16 输配电系统研究所 8 主动管理和主动控制 局部的DER 灵活的拓扑结构管理潮流 配电系统 目的 对象 手段 本质 ADN概念 2020 4 16 输配电系统研究所 9 EES CL EV RL DG 光伏PV 风电 ADN概念 2020 4 16 输配电系统研究所 10 微网 ADN 不同与联系 自我控制自我保护自我管理自治系统 自上而下协调控制主动管理半径更大 异 管理对象控制策略新能源的接纳能力联系 AND是微网的升级版是比微网规模更大 功能更强 效益更高的配电网络 ADN概念 2020 4 16 输配电系统研究所 11 微网优点相对于传统配电网来说 能在传统配电网不做相当的升级改造的情况下 大量接入和吸收DG 仅在PCC点与大电网连接 避免了多个DER与大电网直接连接 微网中DER主要用于区域内部负荷的供电 不向外输送或输送很小的功率 使得大电网可以不考虑其功率输出的影响 采用 plugandplay 和 peertopeer 设计和控制思想 提高供电可靠性更好地发挥分布式电源 分布式发电与储能装置 的作用 微网不足 微网技术以分布式能源与用户就地应用为主要控制目标 限制了其接入容量的最大化 2020 4 16 输配电系统研究所 12 新能源消纳 传统配电网采用就地消纳模式 若所发电力过剩 配电网本身没有调节能力 无法外送配电网 只能降低其出力运行 主动配电网具有消纳间歇式能源的调节能力 若间歇式能源所发电力过剩 在满足配电网运行约束的条件下 通过柔性负荷以及多层次电网的分层消纳能力消纳过剩的间歇式能源 即实现功率的反向输送 DG调度 传统配电网中DG用来平衡本地负载 由于功率无法上送至配电网 无法参与配电网的最优潮流运行 在主动配电网中 通过源网的协调控制系统 将DG作为可控可调度机组参与最优潮流的运行调度 DG的保护 被动式配电网出现故障时 DG退出运行 在主动配电网中 当配电网出现故障时 允许在主动配电网的管理系统协调控制下 DG可以继续供电 继续给非故障区域的重要负荷供电 DG的监控 传统配电网中独立建立DG监控系统 无法与配电自动化协调控制 在主动配电网中 G监控系统与配电自动化系统实现源网协调的一体化设计 可以协调 G与配电网的控制 2020 4 16 输配电系统研究所 13 综合规划技术 分层分布协调控制技术 能量管理技术 关键技术 2020 4 16 输配电系统研究所 14 关键技术 综合规划技术 综合规划技术是在计及间歇式可再生能源发电 负荷需求增长以及未来能源市场等不确定因素下 综合考虑原有配电网规划内容 DG的优化配置 储能设备的选址定容等选项的基础上 以追求能源损耗小 供电可靠率高以及绿色能源利用率高的多目标规划问题 1 ADN的规划基本框架 2 综合规划技术中的关键问题和技术难点 2020 4 16 输配电系统研究所 15 关键技术 综合规划技术 传统的配电网规划目标 确定在规划期内何时 何地投建何种类型的输电线路及其回路数 以满足规划周期内的区域电力负荷需求 在确保达到线路载流能力 节点电压水平 供电可靠性等各类基本技术指标的前提下 追求系统投资成本的最小化 传统配电网的规划是属于对标准的无源网络的规划 规划方法主要是针对负荷预测结果采用必要的容量裕度 考虑所有可能的系统运行场景 在满足各类运行准则的基础上 寻得最优解 2020 4 16 输配电系统研究所 16 关键技术 综合规划技术 微电网的规划 因为微网本质上是能够实现自我控制 保护 管理的自治系统 所以它对配电网的影响较小 因此 对微电网的规划主要是对DG的优化配置 包括DG的选址定容 风 光 储的最优配置 含DG配电网的合理接线模式 与传统配电网的规划相比 MG规划主要以各类DG的无缝接入和互补利用为目标 并在决策内容上考虑DG的优化配置 但是 MG不涉及用户互动和需求侧管理 所以规划的方法仍属于传统意义上的基于供应侧投资的传统规划模式 2020 4 16 输配电系统研究所 17 关键技术 综合规划技术 ADN规划的一般框架 可再生能源的的主动利用 和需求侧互动是ADN区别于MG最为显著的特征 规划目标 综合考虑系统可靠性 经济性及可再生能源利用效度等多方面因素 在开放电力市场环境下 ADN投资可能涉及配电公司 分布式发电投资商与需求侧集成提供商在内的多个独立市场主体 ADN规划问题由传统的追求单一主体利益最大化向复杂的多主体协调规划方向转变 DSR 自动化 通信资源的加入与ANM机制将为优化过程带来更多的决策变量与约束条件 需求侧响应和DREG的不确定性的叠加使得AND运行状态更加复杂多变 影响规划方案的寻优空间 所以 传统配电网fitandforget的规划方法已经不再适用 对AND规划时 需要对系统可能遇到的各种不确定性工况进行精细化运行模拟 2020 4 16 输配电系统研究所 18 综合规划技术中的关键问题和技术难点 准确的负荷和发电预测是保证ADN规划可行性的基本条件 大规模DREG及DSR的引入将对系统负荷造成重要影响 从规划角度 需针对各类DER的运行特性 同时考虑宏观发展的不确定性 研究适用于ADN的电力负荷预测方法 传统配电网规划 不用对发电进行预测 对负荷预测主要考虑历史负荷数据 气候数据 宏观经济数据和人口统计信息等方面因素 ADN环境下的负荷预测应重点关注DR及DG对终端用电需求的影响 同时考虑电价政策 用电能效以及智能电网技术发展等多方面的不确定性 研究满足上述需求的新型智能负荷预测方法 负荷预测与分布式电源发电预测 关键技术 2020 4 16 输配电系统研究所 19 综合规划技术中的关键问题和技术难点 关键技术 传统配电网中的负荷是固定的 不参与调节机制 ADN中部分负荷可响应某些调节机制 在一定程度上参与电网调度 这些新型负荷的出现 使原有负荷预测中涉及到的最大负荷功率 负荷电量及典型负荷曲线均发生了变化 依据负荷可参与电网调度程度不同将其分为不可控负荷 可控负荷和可调负荷3类 第一类 不可控负荷即传统负荷 这类负荷用电需求较为固定 目前是配电网负荷的主要组成部分 用L1表示 第二类 可控负荷主要为可中断负荷 通过经济合同 协议 实现 由电力公司与用户签订 在系统峰值时和紧急状态下 用户按照合同规定中断和削减负荷 用L2表示 第三类 可调负荷是指不能完全响应电网调度 但能在一定程度上跟随分时段阶梯电价等引导机制 从而调节其用电需求的负荷 用L3表示 主动配电网整体负荷L L1 L2 L3 2020 4 16 输配电系统研究所 20 主动配电网的负荷分类图 友好负荷是ADN中的完全受控负荷 可以根据电网调度和负荷引导机制进行主动调节 为配电网安全经济运行发挥有益作用 此即ADN需求侧响应特性的体现 在配电网规划中 需求侧响应最重要的作用是削减峰值负荷 从而降低配电网所需设备容量 ADN的负荷预测需在总体负荷预测的基础上再进行友好负荷的预测 从而确定主动配电网下新的峰值负荷 2020 4 16 输配电系统研究所 21 主动配电网分布式发电预测 由于DG出力的波动性 仅用DG的装机容量不能代表其真实出力 首先对规划区规划年的DG总装机容量进行预测 进而进行总装机容量下DG的可信出力预测 可信出力P 是指DG在一定概率 置信度 内至少能够达到的出力水平 例如 90 时 DG可信出力为P 表示DG的出力有90 的概率在P以上 P 可由DG出力的概率密度函数或累计分布函数计算 DG年总装机容量受多种因素影响 主要包括 1 规划区自然资源条件2 DG装设地环境3 政府政策导向4 电网负荷情况首先进行远景年总装机容量预测 接着进行可信出力预测 2020 4 16 输配电系统研究所 22 综合规划技术中的关键问题和技术难点 ADN集成模式集成模式主要涉及两个方面 资源规划 组建方式 资源规划 ADN框架下的DER包含DG 分布式储能 ElectricalEnergyStorage EES 及DSR DG既包括燃气轮机等传统能源DG 也包括以光伏 风能发电等为代表的可再生能源DG DG特点 风力发电的经济性好 但其反负荷调节特性使得大规模并网会对电网稳定运行造成不利影响 光伏发电系统的结构简单 配置灵活 但全寿命周期成本较高 EES设备可分为能量型和功率型两种类型 前者包括铅酸蓄电池 锂电池等 主要用于维持系统功率平衡 后者则包括超级电容和飞轮储能等 用于平抑系统瞬时功率波动 DSR也存在多种形式 包括可控负荷与可调负荷等 前者基于双边合同形式 在必要情况下电网公司可直接中断相关用户电力供应 但其调用频率及时间均有严格限制 后者主要基于动态电价机制 用户具有更大灵活性 但其运行机制相对复杂 2020 4 16 输配电系统研究所 23 组建方式 ADN规划需要确定的内容包括电网接线模式 电能传输方式及通信方式等 除了典型辐射状结构之外 环式 树状 网状等新型接线模式将为ADN系统集成提供更加灵活丰富的选择 直流配电方式具有损耗小 成本低 供电可控性及可靠性高等优势 是未来智能配电网发展的主要趋势 但考虑到设备特性和实现难度等 交流传输模式在现阶段仍旧占据主要地位 此外 要实现ANM 还必须借助强大的信息和通信技术针对不同的应用背景和环境特点 ADN通信方式主要包括光纤 无线微功率 电力线载波等 而不同方式具有各自适用范围及优势 各种DG究竟适合与哪些类型的DSR相结合 如何与电网架构相匹配 又需要采用何种通信方式 这些都是ADN规划所面临的问题 2020 4 16 输配电系统研究所 24 关键技术 分层分布协调控制技术 目的 解决主动配电网多分布式能源之间及与其他电网之间的协调运行 共分为三层 第一层是就地控制 其功能是快速就地控制单一DG和其他装置 如有载调压变压器 OLTC 分接头 并联电容器和保护装置等 第二层是基于微网和VPP概念的区域协调控制 用于协调控制区域内主体 第三层是最高等级的配电管理系统 用以实现整体上的全局优化运行 2020 4 16 输配电系统研究所 25 不仅能缓解集中控制结构存在的通信压力大 有延时 计算量大等问题 而且能规避peertopeer控制结构存在的无法实现整体上优化运行的弊端 2020 4 16 输配电系统研究所 26 控制措施 馈线控制误差 feedercontrolerror 控制的目标函数 2020 4 16 输配电系统研究所 27 概述主动配电网的全局优化能量管理系统 是最高层次的决策单元 也是实施配电网主动管理的关键技术手段 主要功能潮流管理 电压协调控制 分布式能源协调控制以及快速网络重构 1 潮流管理最优潮流 OPF 算法 2 电压控制无功最优潮流的求解获取电压的优化调整方案 关键技术 全局优化能量管理技术 2020 4 16 输配电系统研究所 28 全局优化能量管理是AND实现主动控制的核心 有功功率优化控制策略是指 在满足负荷有功需求的基础上尽可能多地利用可再生能源以及追求经济性最优 必要时可以调整运行方式 无功功率优化控制策略是指 在满足负荷无功需求以及确保电压质量的基础上 使得网络上的无功潮流最优 可以调节变电站内的可调变压器分接头 2020 4 16 输配电系统研究所 29 规划问题 现状与展望 基于分时段负荷模型的动态规划方法该方法考虑负荷的波动的情况下 研究DG的接入带来的降损收益和供电可靠性提升收益 主动配电网动态规划模型 综合考虑了可靠性 线损 从输电网获取的电能以及投资成本等多目标综合最优 而且通过多场景分析方法计及能源需求以及DG尤其是间歇式可再生能源引起的不确定性 在基于动态规划理论的基础上制定了合理的规划方案 开放的电力市场环境下配电网的DG优化配置 在规划模型中提出了综合考虑DG投资成本 运行维护成本以及系统线损等目标函数 2020 4 16 输配电系统研究所 30 规划问题 研究现状 大部分都集中在DG的优化配置方面 但是主动配电网的优势是较大规模的接纳吸收新能源 所以在进行规划时 应该以能源损耗小 供电可靠率高以及绿色能源利用率高为目标的规划问题 除了这些一次设备的规划 主动配电网的对二次设备的要求也相当的高 所以也要将自动化规划和通信规划一并考虑 2020 4 16 输配电系统研究所 31 现状与展望 电动汽车主动管理 电动汽车的普及能够有效减少城市化中二氧化碳的排放量 随着相关技术的不断进步 将会有越来越多的电动汽车接入配电网中 会对电网产生一下影响 实现电动汽车的管理将对电网的安全高效运行跟重要 需求侧管理 能够让用户主动参与到配电网的管理中来 通过分时电价引导和双向