新型电力系统配电网网格化规划及应用

2025年6月0101背景新型电力系统配电网网格的电力系统的五大转变方向电力系统的五大转变方向特征供需协同经济高效随着新要素发展、新业态驱动，配电网的功能定位、运行特征、系统形态发生了深刻的变化。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需、支撑能源综合利用的资源配置平台转变。(1)配电网架不适应(2)智能化水平不适应(3)源网荷储协同运行能力不足(4)相关机制亟待完善·呈现“市场主体多元化、交易品种多样·物理电网坚强可靠，具备防御极端灾害能力·具备对多元分布式源荷要素的灵活承载、高效消纳能力·配电网感知和运行控制体系优化完善，物理与信息系统实现融合协控，具备资源优化配置能力四高特征·商业模式、市场机制完善，多能融合业务广泛开展，具备支撑多元主体灵活交易、优质服务的能力巩固提升阶段5.配电网构成新要素图1-1光伏建筑一体化分布式光伏自新电网凤图1-6交直流混合微电网群典型结构●终端系统(智能电能表)、智●微电网(群)电能管理系统、端三层协同的控制技术●智能电力监控系统、分布式电能管理系统、柔性互联装置●直流两侧装置和直流保护装置两大类，也可采用兼具量测和●包括感知层、网络层、平台层、应用层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图2-1新型电力系统网格属性示意图能量属性供需匹配能力(平衡性)能量单向流动能量双向流动技术属性快速响应能力(灵活性)同步机主导的机械电磁系统，配电网快速响应能力弱电力电子设备和同步机共同主导的混合系统，配电网快速响应能力强环境属性抵御扰动能力(韧性)抵御内外部环境变化引起扰动能力弱抵御内外部环境变化引起扰动能力强2.能量属性和特性◆能量属性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能量密度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◆能量特性口能量供需平衡的匹配性●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。口能量资源配置的时空性●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传统网格仅采用负荷密度指标，难以实际反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，需进一步引入分布式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如表2-2、表2-3所示。能量属负荷密度指区域内最高负荷时平均单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3.技术属性和特性在设备类型上，除了传统旋转电机、传输线、口不同类型设备的集成性电缆、变压器、隔离开关、保护设备等传统●除了需要集成传统交流设备以外，还的交流电力设备以外，还含有大量电力电子需要进一步集成大量变流器、逆变器设备，如变流器、逆变器、直流-直流转换器等具有非线性和低转动惯量特性的电等。力电子设备。但在系统设计、调试和在技术基础上，传统网格是同步机为主导的●●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，以确保电力电子设电力电子设备的广泛应用，能够实现高效能量转换和灵活的电力控制，但也给系统带来由于电力电子设备的大范围应用，新型电力系统的设备属性呈现出具备依托电力电子设备实现快速由于电力电子设备的大范围应用，新型电力系统的设备属性呈现出具备依托电力电子设备实现快速响应的能力，进行响应的设备主体主要有分布式电源、多元化负荷、储能设施。新型电力系统网格特征评价指标及快速响应特性指标体系如表2-4、表2-5所示。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4.环境属性和特性涝、覆冰等恶劣自然条件，以及系统各种运在抵御能力方面，传统网格较弱，新型电力系统配电网网格具备较强的自愈能力，对灾在内部扰动方面，传统网格面临的扰动是运行方式切换时，电磁暂态过程引起的扰动，新型电力系统配电网网格需在此基础上，进●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●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，以满足各类运行工况的需求。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况下保持或快速恢复供电的能力。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征评价指标及抵御扰动特性指标体系如表2-6、表2-7所示。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划分边界优化方法网格建设灵活性、韧性创新提出多种分类方法网格化规划内容及流程提出网格化新内容、新方法划提出“供电模块”的3层架构体系，形成典型供电模式规划提出16种适应不同区域发展的典型供电模式智能化规划源荷，提出智能终端、通信网、调控系统规划方法口基于多层聚类的网格划分方法利用数学中的分形理论，对网格地理空间及负荷密度的布局一致性进行分析开进行分析开始一2023)要求进行区块划分电网划分确定输出划分结果←·电网划分确定输出划分结果←口基于机器学习的网格划分方法·考虑将同一用地性质划分至同口基于机器学习的网格划分方法·尽可能将源荷密度类似的地块划分至同一网格中。基于供需匹配特性的基于快速响应特性的,按照95%置信度计算>基于抵御扰动特性的边界灵活性灵活性负荷密度资源渗透率韧性需求较高抗灾需求中等抗灾需求一般抗灾需求负荷密度资源渗透率韧性需求较高抗灾需求中等抗灾需求一般抗灾需求高抗扰动需求中抗扰动需求低抗扰动需求低调度低响应弱调节综合评价网格综合评价图3-3网格建设需求划分指标评分方法>权重设置方法采用基于层次分析法和主成分分析法相结合的权口根据网格综合评价得分结果，得到基极高可靠性建设标准高可靠性建设标准较高可靠性建设标准一般可靠性建设标准·考虑分布式新能源的影响·向源网荷储新要素协同规划扩展·考虑多元化负荷典型场景·向交直流混合网架规划扩展·考虑全社会成本最小化·向一二次协同规划扩展规划新要求规划新方法·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”的三元目标规划方法规划流程网格划分网格划分开始结束源网储新要素配置低压配电网规开始结束源网储新要素配置低压配电网规划电力需求预测智能化规划网格发展诊断口在现有的数据资源的基础上，运用科学的统计分析和定量计算手段对现状电网进行详细的分析评价。·规划廊道典型场景分析(夏季晴天、冬季晴天等)典型场景分析(夏季晴天、冬季晴天等)出力容量的确定料收集(60-80%厂料收集(60-80%厂分布式光伏预测、其他分布式新能源预测电动汽车保有量预测(千人保有量法、弹性系数法)、充电负荷特性分析采用空间负荷密度法，选取适合的负荷预测典型参数推荐采用“现有负荷自然增长+新增点负荷S型曲线法”预测，(1)承载力评估约束、上下级电网约束、典型场景选取(3)典型接入系统方案>(2)接入系统原则无功控制、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)8~400(含400)(1)充电设施充电需求测算(2)充电设施接入原则(3)典型接入系统方案接入点交流7KW单桩接入总功率小于160kW低压配电室/配电箱总规模功率&总容量大10KV公线接入总容量大于4000kVA10KV专线接入35/110kV专线接入(1)应用原则及配置方法·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配电网(3)典型接入系统方案·电网侧储能：专线接入变电站10KV母接10kV公用架空线或电缆线路的环网室(2)经济性评价操作维护成本的总成本最少年平均成本、度电成本等8kW及以下单相三相三相三相与技术标准衔接、与网格化规划理念衔接、与一二次融合配置衔接、与城乡配网差异特征衔接。充分考虑供电质量、源荷特征、地理环境等要素，搭建“供电模式-模块组-子模块”的3层结构。(3)供电场景划分根据不同区域的源荷特性将网格类型划分为商业、工业、公共、居住4大类，并细分为19小类，提出差异化规划目标。(4)基于接线组的目标接线模式构建以标准接线组为载体的单元制目标网架，涵盖目标网架结构、主要设备选型、分支约束等关键要素。(1)规划逻辑(2)过渡方案策略表3-5近中期网架规划过渡方案区域类型核心问题过渡模式原则自然发展区电源不足、网架空白一次性成型规划建设区混供、单辐射突出规划建成区联络复杂、负载不均渐进优化(解环冗余联络)(3)复杂联络优化策略优化图3-5低压配电网基本模块组构成(1)台区容量规划遵循“密布点、短半径”原则，以需求为导向并充分考虑中长期负免频繁更换。(2)接入点选择(3)设备选型主干线(mm²)电缆线路注1:表中推荐的架空线路为铝芯，电缆线路为铜芯。注2:A+、A、B、C类供电区域宜采用绝缘导线。6.智能化规划——①智能终端规划32台区智能终端规划32台区智能终端规划·方案1(低成本):智能终端+新型电能表+多功能断路器系统主站+集群监控子站+光伏逆变器(4G)系统主站系统+集群监控子站+光伏逆变器(5G)动保护+智能分布式FA;B/C/D类→级差保护+集中置级差保护+集中型FA;其关键点配置具备拓扑识别功(1)通信技术路线中压配电通信技术：光纤、电力线载波、无>低压配电通信技术：HPLC、RS-485,无线通信技术包括无线专网、4G、5G、微功率无线、Wi-Fi、(2)终端通信接入网规划表3-7终端通信接入网规划情况表光纤专网无线专网无线虚拟专网带宽超高(100G+)中(10M~1G)依赖公网低(<100Mbps)时延由器/OTN/SDH4G/5G专网基站，电力骨干通信网配电网自动化、应急通信6.智能化规划——③配电调控系统规划配电自动化主站规划配电自动化主站规划(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、加密装置)·操作系统·支撑平台软件·应用软件等故障研判及处置故障研判及处置>(1)故障处理模式重合式馈线自动化、智能分布式馈线自动化。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故障距离→主站研判逻辑改造(1)调控模式准控制每个分布式电源开关和逆变器对象·(2)主站功能建设网、灵活可调节负荷等新型电力系统配电网发展与背景新型电力系统配电网网格的四、新型电力系统配电网网格化规划案例网格现状：该网格主要供电服务对象为居民小区，现状由鹤林912、鹤林922、鹤林955和鹤林965共计4条10kV线路供电，所有10kV线路的导线型号均为YJV22-10kV-3×300mm²。323透率及新建充电桩预测透率及新建充电桩预测值，结合居民区充电桩间同时率，计算出该区计算出10kV线路下所有配电变压器到2025年总体负荷增量的增长规律，计算出2025根据该供电单元内配电变压器和10kV线路承载力分析结构，对承载力