虚拟电厂-源网荷互动体系及应用解决方案

虚拟电厂-源网荷互动体系及应用解决方案01

背景和意义02

互动体系03

场景应用04

总结目录2一、背景和意义电力系统结构的转变

必要性可行性3电力系统结构的转变GRID4C用户——

能量流………断续的信息流火电/天然气电网核电水电5C风电火电/

天然气

水电

太阳能太阳能风电储能

核电

风电储能用户

能量流—

持续的信息流电动汽车

6太阳能电网储能必要性源

荷·

特高压直流传输容量大，一旦失去，将对大受端电网的安全稳定运行造

成的冲击。·

大规模电动汽车随机充放电；需求响应的大范围实施

将会增加功率平衡难度。·

以风电、光伏发电为

代表的可再生能源随

机性、间歇性和波动

性。电力系统功率动态平衡能力亟待提高7●1234分布式电源高渗透率互动行为难以预知电力双向潮流；局部电网潮流拥挤，窜动不同电压等级可再生能源多点集中接

入与分布式分散接入并存必要性电网潮流时空分布特性更趋复杂8

柔性电网增强了电网的可控性●具有与电网双向互动能力、带有“源”和“荷”双重特征的新型负荷的比重呈不断上升趋势；●部分传统负荷也能够根据激励或者电价调节自身的用电需求，具备“虚拟电厂”的特性。●产生柔性负荷的概念：内涵指用电量可在指定区间内变化或在不同时段间转移的负荷；外延包

含具备需求弹性的可调节负荷或可转移负荷；具备双向调节能力的电动汽车、储能、蓄能以及

微网等。信息交互完善，源网荷可以感知自身信息和其他个体信息可行性源-网-荷及信息通信具备了可能性间歇性电源和柔性电源协调，向可预测、可调控发展9

可行性

空调负荷已开展实践近年来，随着国民经济的快速发展和现代化程度提高，在京津冀、长三角、珠三角等发达地区的夏季和冬季，空调负荷在高峰、尖峰负荷中的占比已经达到30%,局部超

过

5

0

%

,是对高峰、尖峰负荷“贡献度”最大的电器设备。2015年江苏全省夏季空调负荷达2700万千瓦，用电峰谷差达2009万千瓦，占全省最高负荷

95%以上尖峰负荷(约400万千瓦)持续时间仅占全年用电小时数的0.25%。全省机组利用小时

不断下降，电网旋转备用越来越高。通过需求侧管理手段“移峰填谷”,是实现电网的经济高效运行、提高电网品质的必由之路。

。江苏近5年最高空调负荷变化趋势江苏2015年负荷利用小时数曲线10可行性空调负荷已开展实践合约下电价/激励型需求响应阶段(起步)·引导空调负荷转移·响应负荷补偿瞬急需求响应阶段(规划中)·事先签署备用合同·快速切断负荷有序削峰阶段

(执行中)·关停空调主机·循环泵等·调节出回水温度·调节水阀开度·调整风量等公共楼宇空调负荷参与电网需求响应的四个阶段刚例柔并济控制

西虚拟调峰阶段

(执行中)电价激励引导主动

刚性

控制紧急控制111有序削峰削峰区间峻空调2楼宇2电网负荷缺口降负荷1212311毫雅负荷电网运行曲线空调n可行性空调负荷已开展实践逐级分解逐级分解供皇

薄

力

，

见

荷

需

求12空调1楼宇1楼宇n民成调节曲线像收虚拟调峰负荷方式一空调1空调2楼宇2可行性10232222010意雅负薄电网运行曲线空调负荷已开展实践2虚拟调峰负荷曲线逐级分解逐级分解连续调虚拟调峰负荷供皇

思

力

;

负

荷

期

求阶

跃

调13方式二楼宇n楼宇1空调n民下发方式一：电价机制(峰谷、尖峰)反馈方式二：激励机制(可中断补偿)可行性!

!Ⅱ超端电网运行曲线空调负荷已开展实践空调2楼宇2空调1楼宇13电价激励引导麟潜力评估效果

测量效益

测算双向拟合负荷公共楼宇群负荷力文有谓1电价激励方式14楼宇n空调n!114合约下紧急控制电/

h

Tn紧急调度变电站1

变电站n传统调度对象电网扰动楼宇1紧急控制事件楼宇n公共楼宇群负荷可行性空调负荷已开展实践特高压故障一键式控制调度

中心互联电网15空

调n空调1A****10:45-结束上升约1500万千瓦●

降低常规电源出力、

铝厂重新并网、抽

水蓄能电站调整运

行●

大量电力盈余，被

其他邻国买走1610:30-10:45下降约240万干瓦●

根据需求响应，4家铝厂800MW

负荷切出系统运行●

位于图林根州的欧洲最大抽水蓄

能电站由0增至754MW

(

装

机

1000MW)●系统旋转备用投入约600MW启示一：提高预测精度启示二：通过需求响应快

速调节可中断负荷启示三：电网合理规划具

有充足的系统备用启示四：源荷互动加强了

电网的弹性恢复能力9:45-10:30下降约590万千瓦●

提前预测用户用电

行为，大量民众外出观

看日食景观，少量负荷

因日食中断(减少约

300万千瓦)●切可中断负荷，AGC

(约290万千瓦)在此后的75分钟内光伏出力

升至2000万千瓦，达最高值实际日食光伏高渗透下德国电网应对日全食日食发生60分钟后光伏出力

降至500万千瓦，达最低值可行性日食发生前光伏总出

力约1330万干瓦bwu

0T

10015:00光伏出力/Gw总共下降约

830万千瓦时间二、互动体系互动内涵

技术框架调度架构17网网源

—源荷网随网动荷随网动荷随源动源随源动源随荷动扰动互动内涵网

荷

荷

源

源

响应荷源随荷动源◎源●多类型能源相关性直补●

平滑波动大型储能广域互补源●单一可再生能源易

受地域、环境、气

象等因素影响源随源动源间歇性能源功率波动荷随源动荷●储能、电动汽车等可调度

的资源参与电网有功调节●空调、冰箱等作为需求侧

资源参与电力供需平衡√●

小概率高风险的备用容量不足●线路或设备潮流越限●可控刚性负荷●可调柔性负荷●需求侧响应负荷荷荷随网动√●柔性开放的接入能力●调度控制中心对电网进行主动

的监视、分析、预警、辅助决

策和自愈控制·UPFC,VSC-HVDC,SVC●

小概率高风险的备

用容串不足线路或设备潮流越限网随网动双√“源-网-荷”柔性互动协调控制策略和技术方法控制基础理论技术框架“源-网-荷”特性及互动行为建模“源-网-荷”

互动能力辨识柔性互动环境下的电网分析时间特性调节范围时间

特性互动

构成安全约束统一模型模型感知9在“源”侧，为了实现大规模风电场和光伏电站的自律调控，分别有风电场EMS(W-EMS)

和光伏

电站EMS(P-EMS)。在“网”侧，为了实现输电网、变电站、配电网和微网等的自律调控，分别有输电EMS(T-EMS)、变电站EMS(S-EMS)、

配电EMS(D-EMS)

和微网EMS(u-EMS)。在“荷”侧，为了实现电动车集群、楼宇、家庭等的自律调控，分别有电动车集群EMS(V-EMS)、楼宇EMS(B-EMS)

和家庭EMS(H-D-EMSW-EMSH-EMSP-EMS能量管理系统架构源网

荷■EMS

家族体系架构图EMS

族群化FMS

130H-EMST-EMSPEMS①

集中式架构·核心思想·由输电网调度中心集中调度和控制，电力系统运行人员直接给每个负荷发布调控命令。·难点·需要针对大量用电设备产生控制信号，在实际系统调度中不可行。能量管理系统架构”稳压器；■断路器；D

不可控负荷；▶可控负荷—电力线路；

—通信线路；

柴油发电机■

集中式架构示意图馈线N_

LCPEDG-PECLCLC或他变电站中央控制器LCPEC-ESSLC

麒他馈线1LCPEDGLC]0PECHESS31PEG-#②分布式架构·核心思想·利用嵌入用户用电设备的动态控制器·利用智能电表实时监视系统频率并相应地调节用电设备·难点·只反馈本地可观测量，可能出现过度控制或控制量不足的情况，难以实现电网

调度的系统级控制目标·各局部控制器为达到自身的预期目标，可能使得不同控制器间相互冲突，恶化控制的整体效果能量管理系统架构功本测染装置分布式架构MOD

育智能电表奠商控射货母户内H

略向静分类1

电求届，冻租。焦水器观育分数2干机计置机中的智

悦荷控制器频本和鸡本测

量装置帆有分类4

片案面件数集荷分类3

电病精负确分类5重明伯静解本或电偿

信号输入B

民生话

用电AC23V

6032USB控制器支柳洗机器，续协权菊换的③

基于负荷聚合商的分层架构：·核心思想·负荷聚合商(LA)是需求响应资源的整合者，通过专业技术评估用户的需求响应潜力，整合分散的需求响应资源来参与电力系统运营。·从系统运营商的角度来看，被看做是一个大型的发电商同时具备集中式架构的整体

协调能力和分布式架构的分散自治灵活性，特别适合于居民负荷、商业负荷等中小负荷参与调度运行。能量管理系统架构电力系统负荷群1

负荷群2本地响应层调控中心控制层■

基于负荷聚合商的分层架构负荷聚合商1负荷聚合商233协调层B4架构优点缺点适用场景集中式架构直接控制，可靠性高投资较大，且由于受控制信号

和通讯通道的限制，不适用数

量较多的中小负荷。用电量和可调容量均较大

的工业或商业用户，调度模式为可中断负荷，直接负荷控制，有序用电等。分布式架构投资小，通信和控制灵活由于只反馈本地可观测量，难

以体现系统控制的整体性，可

能出现负荷的过度控制或控制量不足，难以实现系统级精确

控制。与电网调度没有直接通讯

的负荷，特别是一些居民、

商业等中小负荷，调度模式适用电价价值或需求侧

竞价。基于负荷聚合商的分层架构具备集中式控制的整体协调

能力和分布式控制的分散自

治灵活性，特别是适合于居

民负荷、商业负荷等中小负

荷参与调度运行由于增加了第三方负荷聚合商从经济学的角度不可避免会产

生新的运行和管理成本。与负荷代理签约合同的任

意柔性负荷，负荷聚合商与调度中心有通讯通道，

适用任意调度模式。能量管理系统架构三、场景应用大型受端电网故障应急主动配电系统

UPFC35◆“十二五”期间，±800千伏锦屏-苏州特高压直流工程建成投运，1000千伏淮南-南京-上海特高压交流工程、±800千伏晋北-南京和锡盟-泰州特高压直流工程相继开工建设。◆

2016年

，随着灵绍直流投产，华东直流受电规模进一步提高至3600万千瓦，单一直流输送功率占到华东电网一般低谷

负荷的7%。锦苏直流满功率双极闭锁时，最低频率约49.53Hz;

宾金直流满功率双极闭锁时，最低频率约49.26Hz。◆2017年底前，江苏省内将有锦苏特高压直流(720万千瓦)、晋北～南京特高压直流(800万千瓦)、锡盟-泰州特高压直

流(1000万千瓦)三大特高压直流。若发生单回、或多回特高压直流满功率双极闭锁，电网频率特性进一步恶化，严重时可能导致低频减载动作。电网大面积停电的风险始终存在大规模源网荷友好互动系统金属客读一普西直流新

北

-增赛一苏清直读集一上年流样理查

相期已建材基压交在材基压流

来

一

有

民

-

州

7

交螺是一π苏查流准东一航南直线卷二粤F36大区互联电网安全运

行智能控制系统(简称系统保护)故障感知优化决策协调控制大规模供需友好

互动系统(简称负控2.0)负控系统(刚性可控负荷)需求侧响应

(柔性负荷)通过快速切除可中断负荷，应对特高压故障导致的频率稳定问题、断

面越限、联络线超计划和备用不足等问题。大规模源网荷友好互动系统主动配电系统(简称主动配网)态势感知泛在信息通信系统安全与管控应急模式-毫秒级负荷控制互动优化协调控制统一信息建模通信信息网虚

拟

电厂微电网3i7①直流调制鳖聚负荷快速响应模块③

快速切负荷指令预想故障策略苏北中心站

(1000kV泰

州

站

)适应晋北、锡盟

特高压直流.木渎、车坊、玉山、吴江变

集中切负荷站切负荷通道类型→

局域网—→

2M

光纤→

调度数据网→

同轴电缆分路开关N大规模源网荷友好互动系统整体架构常规控制模式

自动控制

(

秒

级

)工常规控制模式辅助决策控制(

分

钟

级

)重江苏源网荷友好互动系统主站紧急控制模式下整组

动作时间≤6

5

0

毫

秒紧急控制模式

自动控制(毫秒级)华

东

区

域频率控制系统苏南中心站(500kV

木渎变)分路开关A

分路开关B500kV

集中切负荷站切负荷指令

可切负荷量切负荷

指令可切

负荷量可切

负荷量38负控终端指令②协调控制多直滤情控直滤控保信号换流变出

故障检测系统保护抽蓄切聚毫秒级控制共650毫秒(不考虑一次

调填(NX

动作)分种册)国国中心故障推送

通行风险级/分钟级)精准切负荷简催上预德酮故国检测23秒

0.3秒m>.

策越、指合发出m>)

(分m开

开

)4.8秒下m◆运校.策能生成、指令发出(指令传输1(分路开关院开)大规模源网荷友好互动系统秒级院制具表.7秒《考非一次画频动作)分钟级控制其5911秒200毫秒考康一次调频/AGC满整制位)总体功能(不经铺助决策)5分种(实时铺助决策)负费表复

(负段2.0)(故障结息采集.

故障判断)状态感知优化决策有序恢复盐障信息采集，负荷控制(毫秒级)分钟级1

1离线

菌酶拉顺判断分配预想故障39东

●整

近5秒5秒步登1分出

常规模式：通过需求侧响应和主动配电系统友好互动，实现电力系统的移峰填谷和智慧用电。

(

)故障感知负控系统

态势感知(刚性可控负荷)优化决策

虚拟

微电网电厂需求侧响应协调控制

(柔性负荷)

互动优化协调控制运大网统简称主动配主动配电系0)好(简称负控2互动系统大规模供需友护)统全(简称系统保行智能控制系区互联电网安主动配电系统泛在信息通信系统安全与管控统一信息建模通信信息网40主动配电系统

实验平台整体结构2故障模拟器1.的座继限强380VAC成851故障

横拟器BUx281F故埠溪熟要智能用

鹿380NAC400NDC88MLD1器41DCSST故障模拟器VSC1PV1LDiWP1主动配电系统PV2负

载DE1VSG1故障恢复与自愈WP2BS1SC1LD2互为支撑LD3BS1LD3V2G1PV3VSG2V2G2区域Ⅲ区域Ⅱ区域I故

障模拟器故障模拟器故障模拟器VSC2BS1SC23基于分层控制的主动配电网的能量管理系统能量管理系统浓烧2梁*负能CE1设5现B80VAC主动协明控制器四溪预犯220VAC主动协调

控制器工主动配电系统LD1班法出滚预据分层分布式

控制器Ⅱ分层分布式

控制器ID400410℃4258P*S5:在顽旅细避

制器ⅡLRSB3故障

模拟器故障模拟器J44光

伏

负载0.25

10.5

10.75

11

1新能源高渗透率配网消纳模式验证VSG2V2G2PV2负载DE1VSG1渗透率25%50%75%100%主动配电系统WP2BS1SC1LD2UVSC1V2G1PV3SC2LD3BS1LD3AC/DCWP1AC/DCBS1故障模拟器不ψ故障

模拟器故障

模拟器故障

模拟器VSC2DCSSTPV1T

u口

TLDi46D<DCSST故障模拟器VSC1LDi业故障

模拟器VSG2V2G2PV2负

载DE1VSG1交直流混供微电网运行控制主动配电系统WP2BS1SC1LD2V2G1PV3SC281LD3BS1LD3AC/DCWP1AC/DCBS1故障

模拟器故障

模拟器VSC2PV147<AC/DCBS1磨车周步发机y-T₂

r-T

;Do

a)-,CT₂主c-T星电LDiψ故障

模拟器VSG2V2G2PV2负载DE1VSG1虚拟同步机提高微电网惯性主动配电系统WP2BS1SC1LD2UVSC1V2G1PV3SC2LD3BS1LD3AC/DCWP1故障模拟器不故障

模拟器故障

模拟器D←VSC2DCSSTPV1口

Ti

m48<电网友好型逆变器控制能力验证?LDiψ故障

模拟器VSG2V2G2PV2负载DE1VSG1主动配电系统电网友好型逆变器

功能验证WP2BS1SC1LD2V2G1PV3SC2LD3BS1LD3AC/DCBS1AC/DCWP1故障模拟器不故障

模拟器故障

模拟器Du]VSC2DCSST口

1PV1VSC1<PV1LDiWP1电动汽车充放电控制(双向)VSG2V2G2PV2负载DE1VSG1电动汽车

1

双向充放电主动配电系统WP