数字智慧方案能源互联网下的源网荷互动体系及应用

袁晓冬2016.4南京01

背景和意义02

互动体系03

场景应用04

总结l

目录一、背景和意义

电力系统结构的转变必要性可行性电力系统结构的转变某著名企业水电

核电CCCCC

用户 能量流

断续的信息流火电/天然气CC风电储能

核电

风电储能火电/

天然气

水电太阳能..

储能太阳能太阳能CCC风电某著名企业能量流C用户C必要性•

特高压直流传输容量大，

一旦失去，将对大受端某著名企业的安全稳定运行造

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荷源网1

分布式电源高渗透率2

互动行为难以预知3电力双向潮流；局部某著名企业潮流拥挤，窜动4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某著名企业潮流时空分布特性更趋复杂l

具有与某著名企业双向互动能力、带有“源”和“荷”双重特征的新型负荷的比重呈不断上升趋势；l

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。l

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。 间歇性电源和柔性电源协调，向可预测、可调控发展

柔性某著名企业增强了某著名企业的可控性

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50%，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，某著名企业旋转备用越来越高。通过需求侧管理手段“移峰填谷”，是实现某著名企业的经济高效万千瓦30002000100002011

2012

2013

2014

2015运行、提高某著名企业品质的必由之路。。万千瓦最高负荷95%以上仅为21.5小时800050000

8760可行性22501920

1930空调负荷已开展实践2800

2700紧急需求响应阶段（规划中）•事先签署备用合同•快速切断负荷阶段（起步）•

引导空调负荷转移•

响应负荷补偿可行性合约下紧急控制电价激励引导公共楼宇空调负荷参与某著名企业需求响应的四个阶段•调节出回水•调节水阀开度•调整风量等刚柔柔刚柔并济控制空调负荷已开展实践有序削峰阶段（执行中）虚拟调峰阶段（执行中）电价/激励型需求响应•关停空调主机主动

刚性

控制可行性逐级分解空调负荷已开展实践1有序削峰削峰区间某著名企业负荷缺口某著名企业运行曲线降负荷逐级分解楼宇n楼宇2楼宇1空调n空调2空调1可行性调节曲线方式一逐级分解逐级分解空调负荷已开展实践2虚拟调峰楼宇1楼宇2

负荷曲线某著名企业运行曲线连续调楼宇n空调n空调2空调1楼宇1楼宇2空调1空调2空调n楼宇n方式一

：电价机制

（峰谷、尖峰）方式二：激励机制

（可中断补偿）可行性3

电价激励引导空调负荷已开展实践公共楼宇群负荷某著名企业运行曲线电价激励方式效益

测算效果

测量成本

评估潜力

评估反馈下发电厂1

电厂n变电站1

变电站n楼宇1楼宇n空调1空调n可行性特高压故障某著名企业扰动一键式控制紧急调度4合约下紧急控制空调负荷已开展实践紧急控制

事件公共楼宇群负荷传统调度对象调度

中心互联某著名企业200光伏出力/GW0:005:00时间20:00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：某著名企业合理规划具

有充足的系统备用启示四：源荷互动加强了

某著名企业的弹性恢复能力可行性l根据需求响应，4家铝厂800MW负荷切出系统运行l

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）l系统旋转备用投入约600MWl

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）l切可中断负荷

，AGC（约290万千瓦）10:0015:00l降低常规电源出力、

铝厂重新并网、

抽

水蓄能电站调整运

行l

大量电力盈余，被

其他邻国买走光伏高渗透下德国某著名企业应对日全食在此后的75分钟内光伏出力升至2000万千瓦，达最高值日食发生60分钟后光伏出力

降至500万千瓦，达最低值日食发生前光伏总出

力约1330万千瓦10:45-结束上升约1500万千瓦9:45-10:30下降约590万千瓦10:30-10:45下降约240万千瓦总共下降约

830万千瓦实际

日食互动内涵

技术框架

调度架构二、互动体系互动内涵网随网动荷随网动荷随源动源随源动网网源源网荷荷源

扰动源随荷动

源

响应荷

-—-荷源荷源随荷动源源源

源l广域互补l大型储能平滑波动l一源随源动多类型能源相关性互补源荷

荷l

空调、冰箱等作为需求侧

资源参与电力供需平衡l储能、电动汽车等可调度

的资源参与某著名企业有功调节荷随源动网

荷网l

小概率高风险的备用

容量不足l

线路或设备潮流越限荷l

可控刚性负荷l

可调柔性负荷l

需求侧响应负荷荷随网动网网

网l

调度控制中心对某著名企业进行主动的监视、分析、预警、辅助决

策和自愈控制l

UPFC，VSC-HVDC，SVCl网l

小概率高风险的备

用容量不足l

线路或设备潮流越

限柔性开放的接入能力网随网动时间特性感知模型控制基础理论“源-网-

荷”柔性互

动协调控制

策略和技术技术框架“源-网-荷”

特性及互动行为建模柔性互动环境下的某著名企业分析方法“源-网-荷”

互动能力辨识调节范围安全约束互动

构成统一模型时间特性在“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，为了实现输某著名企业、变电站、配某著名企业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-

EMS

）能量管理系统架构W-EMSP-EMSV-EMSB-EMSH-EMSn

EMS家族体系架构图EMS族群化源网u-EMS荷H-EMSD-EMST-EMSn

集中式控制的示意图①集中式架构•

核心思想•由输某著名企业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n

集中式架构示意图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，难以实现某著名企业

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

控制的整体效果负荷分类1电冰箱、冰柜、热水器负荷分类2洗机器、烘干机负荷分类3电烤箱负荷分类4内嵌加热器能量管理系统架构MODBUS通信链路协议装换器负荷控

制信号n

分布式架构计算机中的智能负荷控制器频率和功率测

量装置频率或电价信号输入负荷分类5

照明负荷AC230V

50Hz居民

生活

用电用户

户内

网络USB

控制器功率测量装置智能电表变频器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n

基于负荷聚合商的分层架构负荷聚合商1负荷聚合商2电力系统...调控中心...本地响应层负荷群2负荷群1控制层协调层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。与某著名企业调度没有直接通讯

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

大型受端某著名企业故障应急

主动配电系统

UPFC“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某著名企业一般低谷

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，某著名企业频率特性进一步恶化，严重时可能导致低频减载动作。某著名企业大面积停电的风险始终存在大规模源网荷友好互动系统uuu

1应急模式-毫秒级负荷控制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。主动配电系统（简称主动配网）大区互联某著名企业安全运行智能控制系统

（简称系统保护）大规模源网荷友好互动系统大规模供需友好互动系统（简称负控2.0）泛在信息通信系统负控系统（刚性可控负荷）需求侧响应

（柔性负荷）故障感知态势感知优化决策协调控制互动优化协调控制安全与管控统一信息建模通信信息网微某著名企业虚拟

电厂大规模源网荷友好互动系统整体架构大规模源网荷友好互动系统总体功能2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。主动配电系统（简称主动配网）大区互联某著名企业安全运行智能控制系统

（简称系统保护）大规模供需友好互动系统（简称负控2.0）主动配电系统泛在信息通信系统负控系统（刚性可控负荷）需求侧响应

（柔性负荷）协调控制互动优化协调控制优化决策故障感知态势感知安全与管控统一信息建模通信信息网微某著名企业虚拟

电厂主动配电系统实验平台整体结构2WP1PV11!

VSC1互为支撑区域Ⅰ区域Ⅲ主动配电系统

故障恢复与自愈BS1故障模拟器故障模拟器LD1DCSSTLD3VSC2LD3负载故障

模拟器DE1PV2V2G2SC2故障

模拟器PV3V2G1BS1BS1VSG2SC1WP2区域

Ⅱ3DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU主动配电系统基于分层控制的主动配某著名企业的能量管理系统BS1负载PV2DCSST渗透率光伏负载25%0.25150%0.5175%0.751100%11VSC1主动配电系统新能源高渗透率配网消纳模式验证AC/DCAC/DC!故障模拟器故障模拟器LD1LD3LD3VSC2故障

模拟器DE1V2G2PV1WP1V2G1PV3SC2故障

模拟器BS1BS1VSG2SC1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU!VSC1DCSSTLD3BS1故障

模拟器主动配电系统交直流混供微某著名企业运行控制AC/DCAC/DC故障模拟器故障模拟器LD1LD3VSC2负载故障

模拟器DE1PV2PV1WP1V2G2PV3V2G1BS1SC2BS1VSG2SC1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUVSG2V2G2故障

模拟器DCSST主动配电系统

虚拟同步机提高微某著名企业惯性VSC1AC/DCAC/DC!故障模拟器故障模拟器LD1LD3LD3VSC2负载故障

模拟器DE1PV2WP1PV1SC2BS1V2G1PV3BS1SC1BS1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUDE1SC1AC/DCPV1BS1DCSST主动配电系统VSC1某著名企业友好型逆变器

功能验证某著名企业友好型逆变器控制能力验证AC/DC!故障模拟器故障模拟器LD1VSC2LD3LD3负载故障

模拟器WP1V2G2PV2PV3V2G1BS1SC2BS1VSG2WP212故障

模拟器DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUBS1VSC1主动配电系统

电动汽车充放电控制(双向)PV3V2G1V2G2VSG2VSC2电动汽车

双向充放电!故障模拟器故障模拟器LD1DCSSTLD3LD3负载故障

模拟器DE1PV2WP1PV1SC2故障

模拟器BS1BS1SC1WP22DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU1

西环网主要输电通道潮流不均衡：

龙向西环网的220kV

输电通道潮流偏重，而东善桥变

向西环网的220kV输电通道潮流

较轻；

220kV晓庄南送下关、中央门断

面潮流过重问题严重；

晓庄南送断面存在N-1过载问

题；大胜关宁南牵344.8(2)宁海路210.1(2)

雨花166.

2站)

高桥富城大定坊157.3(2)3(南板桥梅钢

牧龙131.8(2)75.0滨南

双闸305.0(2)安品街105.0(2)聚宝405.3(2)143.9(2)629.8(2)九龙112.1(2)56.4336.7(2)721.8(2)83.3(2)Δ晓庄155.1(2)下关40.2(2)莫愁华润F304.4华润南京码头秦淮UPFC稳态潮流控制效果栖霞牵金陵陵燃西渡698.7(2)陵燃新平板P

↓

910.0龙陵电厂381

2(2)

415.9(2)410.0(2)殷巷417

4(2)

193.8(2)190.2大行宫

钟山P

↓

1548.2

东善桥2000.0(2)255.3(2)160.1(2)363.9(2)150.6

尧化门110.0(2)322.5(2)219.0(2)266.5(2)大唐南京燕子矶546.8中央门381.5149.2225.0586.6(2)533.3(2)553.8(2)254.7(2)425.4(2)375.2(2)299.2(2)145.1(2)611.7(2)304.7(2)119.9(2)334.0(2)65.0(2)50.050.0梅山仙鹤华京经港光华苏庄东阳0.0477.1126.80.00.0ΔΔ●串联变压器并联变压器工程提升西环网供电能

力500～600兆瓦，可替代一

个投资10亿元以上的220千

伏输电通道。晓铁2Y59线铁北220kV母线

*IM

IIMWA.W22Y59U3

2Y59U22Y59U2Y59U2Y59U

2Y59U12Y59WH.V12T13*2U1092U11号串联变压器WT.W2WH.V22T232T21UPFC区域阀厅WT.SW21H121H421H222H522H122H422H222H723H523H123H423H2WT.C2*WA.W11号并联变压器2013

201

2011WT.W11WT.W120C6*20C1*2号并联变压器WT.W122023

202WT.C1*WT.C3南京220千伏西环网UPFC工程2550

2Y58UVH.C1*21F5

**21F721D121D5换流器121D721D2VH.C222F5

*

换流器2*

22D722F7VH.C3*23D123F523D5换流器323D7*35535kV母线*358WA.W3晓铁2Y58线*2T11 21H521H3IM

IIM2Y59301燕子矶站2500

2600

22D5 *2510202