新型电力系统配电网网格化规划及应用

新型电力系统配电网网格化规划及应用新型电力系统配电网发展与新型电力系统配电网网格的一、新型电力系统配电网发展与背景ll电源构成由以化石能源发电为主导，向电力系统的五大转变方向电力系统的五大转变方向新型电力新型电力系统基本供需协同经济高效l由支撑机械电磁系统向支撑机电、半ll由“源随荷动”单项计划调控向源一、新型电力系统配电网发展与背景随着新要素发展、新业态驱动，配电网的功的变化。总体来看，配电网功能定位从被动单向逐级配送网络，向主动平衡区域电力供•源网荷储一体化服务商业模式亟待探索一、新型电力系统配电网发展与背景三大形三大形态•具备对多元分布式源荷要素的灵活承载、高备支撑多元主体灵活交易、优质服务的能力四高特征四高特征•呈现“市场主体多元化、交易品种多样一、新型电力系统配电网发展与背景考虑能源转型下分布式新能源、新型储能等新要素规模化发展态势，新型电力系统配电网将以保障安全可靠供电为基本前提、以承载能源清洁转型为重要目标、以服务多元用能需求为重点方向、以数字化智慧化升级为基础支撑，按照加速转型、总体形成和巩固提升三个阶段有序推进。建成“安全、绿色、透明、开放”的新型电力系统配电网，提升配电网的高”能力，基本建成高”能力，基本建成一、新型电力系统配电网发展与背景分布式电源图1-1光伏建筑一体化分布式光伏分布式储能微电网一、新型电力系统配电网发展与背景新型电力系统配电网发展与新型电力系统配电网网格的二、新型电力系统配电网网格的定义和内涵新型电力系统配电网网格是指具备合理物理边界，包含分布式新能源、多元化负荷、分活源荷储设备，具备潮流主动调节能力和抵御内外部扰动能力，能够实现资源优化配置、多元源荷图2-1新型电力系统网格属性示意图二、新型电力系统配电网网格的定义和内涵新型配电网格需要高效服务分布式新能源就近消纳。新型配电网格需要充分挖掘新型源荷储要素调节潜力。新型配电网格需要强化极端自然灾害的抵御能力。表2-1新型电力系统配电网网格属性和特性二、新型电力系统配电网网格的定义和内涵未来海量分布式新能源广泛接入配电网，分布式电源渗透率快速提升，配电网全电压等级潮流双配电网具备更高的供电可靠性和供电能力，多元源荷深度互动，虚拟电厂聚合商广泛推广，能够终端能源消费的清洁化水平持续提升，人均居民生活用电量显著提升，形成以电为中心、多能互l局部配电网的供给和需求之间存在不匹配的情况，需要通过柔性负荷参与电力系统调节实现能量的供需平衡，但也加剧了系统的复杂性和控制难度。l能够实现能量在时间和空间上的传输和分配。对能源的基础设施建设提出了更高的要求，需要增大投资进行系二、新型电力系统配电网网格的定义和内涵传统网格仅采用负荷密度指标，难以实际反映网格的能量强度，在此基础上，需进一步可再生能源密度量指标衡量网格的能量强度，新型电力系统网格特征评价指标及供需匹配特性评价指标表2-2新型电力系统网格特征评价指标属性一级指标指标释义能量属性负荷密度指区域内最高负荷时平均单位面积的负荷值分布式可再生能源密度指区域内所有可利用分布式能源（风光等）平均单位面积能够提供的发电功率表2-3供需匹配特性评价指标一级指标二级指标负荷密度负荷密度分布式可再生能源密度分布式光伏电源密度分散式风电电源密度分布式生物质能电源密度分布式水电电源密度二、新型电力系统配电网网格的定义和内涵l除了需要集成传统交流设备以外，还需要进一步集成大量变流器、逆变器等具有非线性和低转动惯量特性的电力电子设备。但在系统设计、调试和l设备需要能够对各类运行方式、突发状态进行快速响应，要求其具备高效的能量响应效率，以确保电力电子设二、新型电力系统配电网网格的定义和内涵响应的能力，进行响应的设备主体主要有分布式电源、多元化负荷、储能表2-4新型电力系统网格特征评价指标属性一级指标指标释义技术属性分布式电源调节能力在一个区域内，可调节出力大小的分布式光伏系统安装容量与该区域内分布式光伏系统总容量之间的比值负荷响应能力在一个区域内，可响应负荷与该区域内年最大负荷之间的比值储能调节能力在一个区域内，储能容量与典型日最大负荷峰谷差值一半的比值表2-5快速响应特性指标体系一级指标二级指标分布式电源调节能力分布式光伏可控率分布式风电可控率分布式生物质能可控率分布式水电可控率负荷响应能力电动汽车负荷响应能力柔性负荷响应能力储能调节能力储能功率调节能力储能电量调节能力二、新型电力系统配电网网格的定义和内涵l复杂多变气象条件给配电网安全可靠运l复杂多变气象条件给配电网安全可靠运行提出了更高的保障要求，需要通过更加灵活的供电模式组合，以满足极端自l随着新型源荷接入的场景不断丰富，大量电力电子设备需要保持高度的稳定性，以应对配电网可能出现的各类运行工况，以二、新型电力系统配电网网格的定义和内涵新型电力系统配电网网格具备很强的抵御自然灾害的能力，同时能够在多种运行工恢复供电的能力。按照能力的高低可分为高韧性、一般韧性、低韧性等不同场景。新型电力系统网格特表2-6新型电力系统网格特征评价指标属性一级指标指标释义环境属性受灾停电频率在一个区域内，风、雷、污、冰、涝等多种灾害下，平均一年内造成设备停电的次数扰动停电频率在一个区域内，谐波、电压闪变、功率波动，平均一年内造成设备停电的次数表2-7抵御扰动特性指标体系一级指标二级指标受灾停电频率台风停电频率（次/年）雷害停电频率（次/年）污秽停电频率（次/年）覆冰停电频率（次/年）洪涝停电频率（次/年）扰动停电频率谐波停电频率（次/年）电压闪变停电频率（次/年）功率波动停电频率（次/年）新型电力系统配电网发展与新型电力系统配电网网格的三、网格化规划流程与关键技术划法法三、网格化规划流程与关键技术•优先考虑自然地形地貌与城市•考虑将同一用地性质划分至同•应尽可能将同一街区、社区划•尽可能将源荷密度类似的地块利用数学中的分形理论，对网格地理空间及负荷密度图3-1基于多层聚类的分布层划分流程三、网格化规划流程与关键技术采用A+到E-的基于经济及负荷发展的等级划分和评价模式，提出新型电力系统配电网网格综合等级的评价方法设定网格电源、负荷、储能特性指标分布区间,按照95%置信度计算区间边界设定网格防灾、抗扰动特性指标分布区间，按照95%置信度计算区间边界三、网格化规划流程与关键技术次对各项二级指标进行百分制的打分评价，然后采用基于层次分析法和主成分分析法相结合法，首先采用层次分析法分析网格特征评价指各项指标的单项指标评分和综合权重乘积之表3-1基于综合评价的典型网格场景类型定义网格建设标准分类网格综合评价得分极高可靠性建设标准81~100高可靠性建设标准61~80较高可靠性建设标准41~60一般可靠性建设标准21~40低可靠性建设标准0~20三、网格化规划流程与关键技术•不确定性规划方法•规调一体化规划方法•考虑“安全、低碳、经济”•考虑分布式新能源的影响•考虑多元化负荷典型场景•考虑全社会成本最小化网格划分 网格划分 划结束配置期规划划开始三、网格化规划流程与关键技术•诊断指标体系：电网发展、低碳转型、环境适•负面清单及问题星级：梳理设备综合负面清单，分别三星、二星、一星••首先计算每个网格性能指标的得分•其次根据得分情况判定网格星级，实现网格的分级评价，反映出配电网的发展水平和潜力。•经济社会发展规划•城市电力设施布局规划•变电站、配电设备现状•大用户、双电源用户现状•规划廊道•新能源、电动汽车三、网格化规划流程与关键技术BABADC三、网格化规划流程与关键技术•220V接网方案：适用于装机容量8kW及以下•380V接网方案：适用于分布式光伏装机容量8~400kW•10kV接网方案：用于分布式光伏装机容量为0.4~20MW•可接入容量计算原则：设备自身承载能力约束、上下级电网约束、典型场景选取•可接入计算模型：安全边界约束、分布式光伏准入容量模型、求解步骤••基本原则：运行适应性、电能质量、有功无功控制、通信与保护要求、电能计量、并网校核•接入电压等级及接入模式原则装机容量（kW)并网电压等级（kV）400~6000三、网格化规划流程与关键技术•10•10kV单回路接入（接入10kV线路、环网柜、电缆分支箱）•10kV双回路或双电源接入•220/380V接入•考虑远期充电基础设施报装容量•考虑充电机效率、功率因数、桩间同时率•考虑常规负荷、光伏出力及储能充放电等情况•电压等级及接入点•电压等级及接入点•接入电网要求：低压接入前应对用户负荷及配电变压器容量进行分析、接入位置尽量靠近变电站或10kV线路首端、合理设置产权分界点交流7kW单桩接入低压配电室/配电箱总功率小于160kW低压配电室/配电箱总规模功率&总容量大于160kW且小于且小于10000kVA总容量大于10000kVA三、网格化规划流程与关键技术••电网侧储能：专线接入变电站10kV母线、T接10kV公用架空线或电缆线路的环网室•电源侧储能：专线接入升压站低压侧•用户侧储能：专线接入用户侧低压配电箱•应用基本原则：区域调峰调频主导、线路侧调峰、电能质量问题等•接入电压等级及接入点推荐：三相或单相接入配电网•配置方法：电网侧、电源侧、用户侧储能••目标：分布式储能原始成本、更换成本、操作维护成本的总成本最少•优化指标：成本回收期、生命周期成本、年平均成本、度电成本等储能系统容量400~6MW6～10三、网格化规划流程与关键技术与技术标准衔接、与网格化规划理念衔接、充分考虑供电质量、源荷特征、地理环境等根据不同区域的源荷特性将网格类型划分为商构建以标准接线组为载体的单元制目标网架，三、网格化规划流程与关键技术（2）过渡方案策略表3-5近中区域类型自然发展区核心问题电源不足、网架空白过渡模式原则一次性成型规划建设区混供、单辐射突出新建区一次性成型、建成区稳步改造规划建成区联络复杂、负载不均渐进优化（解环冗余联络）三、网格化规划流程与关键技术图3-4低压配电网典型供电模式构建方案图3-5低压配电网基本模块组构成三、网格化规划流程与关键技术遵循“密布点、短半径”原则，以需求为导向并充分考虑中长期负荷发展情况，留有表3-6台区关键设备选型标准（主干线导线）三、网格化规划流程与关键技术•按照“一台区一终端”原则•方案1（低成本）：智能终器）：）：三、网格化规划流程与关键技术光纤专网无线虚拟专网依赖公网低（<100Mbps）通信设备光纤交换机/路4G/5G专网基站，VPN网关、4G/5G加密终端无线通信）双模方式与电能表通信应用场景布式能源监控智能电表、配电台区三、网格化规划流程与关键技术（1）目标•实现配电网运行监控和状态管控（2）组成•计算机硬件（服务器、工作站）•通信设备（交换机）•安全防护设备（隔离装置、加密•操作系统•支撑平台软件•应用软件等（1）故障处理模式•分类：集中型馈线自动化、就地重合式馈线自动化、智能分布式•故障处理流程：故障定位→故障隔离→非故障区域恢复供电→故障识别（短路、接地）（2）有源配电网故障处置