【专家】李华强：面向新型电力系统的源网荷储规划技术探讨

面向新型电力系统的源网荷储四川大学李华强2023年4月四川大学01研究背景与意义四川大学中国承诺鼓舞世界——双碳目标中国承诺鼓舞世界——二氧化碳排放力争于2030年前达到峰气候雄心峰会：到2030年，中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总面向双碳目标，构建新型电力系统。面向双碳目标，构建新型电力系统。2022年全国电力工业2022年全国电力工业统计数据长7.8%◆风电装机容量约3.7亿千瓦，同比增长11.2%;万千瓦其中：水电万千瓦火电万千瓦核电万千瓦风电万千瓦太阳能发电万千瓦四川大学01研究背景及意义四川大学高比例可再生能源电力系统需要解决的关键问题高比例可再生能源电力系统的本质特征多时空耦合的强不确定性应对技术手段从被动承受大规模可再生能源不确定性转化为主动平抑降低不确定性，实现可再生能源并网后电网运行的灵活性、稳定性及高效优质消纳是当前需要解决的关键问题。四川大学01研究背景及意义四川大学高比例可再生能源并网的应对策略(源网荷储多维视角协同规划)描述电力系统对高比例可再生能源多时空耦合强不确定性的灵活应对能力。描述电力系统在高比例可再生能源并网时对源网荷各侧的承载能力。充足的灵活性资源以及强适应性的电网结构是提升电力系统对不确定性冲击承载能力的关键。四川大学02新型电力系统关键要素梳理四川大学1/输电网层面——可再生能源大规模集中式并网●风光的间歇性、波动性、随机性等时空不确定性带来的挑战；●系统调峰、调频需求及同步机备用；●灵活性资源的优化配置；●输电网优化运行策略。点2/配电网层面——可再生能源分布式/集中式并网●潮流的变化；●送出与就地消纳的协调；●储能等灵活性资源的优化配置；●综合需求响应策略；●源网荷各侧承载力及风光准入容量评估；●配电网优化运行策略。●作为灵活性资源应用于可再生能源的接入和消纳；●参与系统调峰调频；●削峰填谷；●储能具有源荷双向特征，参与调节能力强，也能有效提升电能质量；●应用于用户侧参与需求响应；●降低配网扩展规划投资；四川大学02新型电力系统关键要素梳理四川大学微能源网能量管理系统综合能源系统微能源网能量管理系统综合能源系统能有效提升能源利用率，在未来具有重要地位；与电网互动，参与到电网的调度及需求响应等；传统化石燃料风能太阳能生物质能天然气一次能源热网电网热网电网气网外部能源网络冷热负荷电负荷气负荷负荷多能耦合枢纽(能量集线器)能量流---信息流四川大学02新型电力系统关键要素梳理四川大学5/电动汽车的推广应用电动汽车的作用(负载、储能单元)02014201520162017填谷划需求“源-网-荷-储”多主体需求响应：号引导各主体(综合能源系统、园区、储能集群、负荷聚合商、电动汽车等)主动调整用电方式或发电策略，促进各主体参与电网运行的灵活调节，综合以上各种要素，在各种不确定运行环境下，电力系统如何综合考虑：源网荷储多维度协同规划，保证多时空尺度供需平衡的基础上，始终灵活有效地维持电网安全、高效、稳定的运行。03基于灵活性的输电网规划方法研究●描述利用灵活性资源调配满足灵活性需求，实现灵活性●在不确定运行环境下，电力系统调用灵活性资源、依靠坚强拓扑结构抵御不确定冲击、响应需求变化，保证多时空尺度供需平衡的基础上，始终灵活有效地维持电网安全、高效、稳定的运行状态的能力。03基于灵活性的输电网规划方法研究①对电力系统功率供需平衡产生巨大冲击，主要矛盾由电力电量平衡转换为灵活性供需平衡。②对电力系统运行状态产生巨大冲击，同时，对电网结构承受能力有更高要求。◆电网结构限制将作为主要因素影响电力系统的优化运行能力；◆电网运行状态特征将作为重要指标反映电力系统的灵活适应水平；03基于灵活性的输电网规划方法研究准则层准则层一级分解二级分解面向电网规划、全面性、构建面向电网规划、全面性、构建实用性、目的性、层次性原则节点节点综合指标支路支路电气介数加权熵电网结构联合加权熵节点电气介数加权熵灵活性上[下调充足率灵活性调节充足率灵活性上[下调不足度灵活性上[下调充足度功率波动率加权熵电网状态联合加权熵期望负载率加权熵效率性安全性支路电气介数加权熵电网结构联合加权熵节点电气介数加权熵灵活性上[下调充足率灵活性调节充足率灵活性上[下调不足度灵活性上[下调充足度功率波动率加权熵电网状态联合加权熵期望负载率加权熵效率性安全性基于灵活性的源网荷储协同规划应用价值：>针对电网发展不同预设场景，进行电网规划评估分析，为电网有序发展提出多角度建议。四川大学03基于灵活性的输电网规划方法研究四川大学1电源灵活性规划模型变量机组束机组输出输出结果2电网灵活性规划模型决策决策函数在机组灵活性改造方案及运行计划下案连通新建线约束行潮流约束求解求解04考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学电力平衡概率化运行方式复杂化边界条件多样化04考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学承载力评估与规划技术面向新型电力系统的主动配电网承载力评估与规划技术面向新型电力系统的主动配电网主动管理模式与规划关键技术主动管理模式与规划关键技术四川大学04考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学网络动态重构快速平滑地改变配电网联络方式，调整网架结构至最优状态网络动态重构节点电压主动管理实现对主动配电网的实时调度控制，提高主动配电网电压稳定水平节点电压主动管理电动汽车和储能通过对充电桩/站的充电功率、充电方式的动态实时调控，电动汽车配合储能设备，可以实现对电网负荷的削峰填谷，平滑电动汽车和储能电网功率曲线需求侧响应用户负荷由需求侧管理系统管理，需求侧响应主动配电网通过调整控制RDG出力，减小对配电系统的不利影响04考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学主动配电网综合承载力评估指标体系主动配电网综合承载力评估指标体系>定义：●综合承载力指主动配电网应对高渗透率分布式可再生能源接入引起的不确定性和波动性，依靠协调调度主动管理资源来快速响应净负荷功率变化并保持安全、高效、稳定运行的能力。要素：●主动配电网综合承载力需要能够反映在不确定性因素影响下系统的源荷平衡能力、可靠供电能力及兼具网络结构和运行状态的安全运行水平。●因此从电源、负荷和电网三个层面构建综合承载力指标体系。电源侧负荷侧电网侧净负荷波动光伏净负荷波动光伏系统灵活性调节需求系统灵活性调节需求物理意义：指标是站在源侧波动与灵活调节资源供应相匹配的角度反映了配电网对于可再生能源不确定性的承受能力。配电网负荷承载力指标负荷转带容量约束负荷转带容量约束F₃1最大供电能力最大供电能力四川大学考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学转型要素节点节点支路网架物理意义：配电网结构承载力指标节点坚强度配电网结构承载力指标节点坚强度支路坚强度网架坚强度从不同维度体现电网网架对不四川大学考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学转型要素节点、支路配电网物理意义：线路潮流均匀度表征了线路的平均负载分布均衡性，线路潮流均匀度表征了线路的平均负载分布均衡性，反映了线路整体运行状态的安全性节点电压偏差表征了节点实际电压与额定值的偏离大小，反映了电网供电的电能质量。线路潮流均匀度节点电压偏差储能作用价值挖掘储能作用价值挖掘储能商业模式及市场机制储能合理布局储能合理布局分布式电源负荷需求增长风光渗透率提高配电网源规划模型综合承载力指标主动配电网运行状态稳定网架结构安全电网安全运行约束源荷功率平衡约束改造方案网架承载力改造方案网架承载力提升方案源荷承载力电网安全运行约束源荷功率平衡约束主动管理措施约束骏网源网储联合规划流程新型电力系统主动配电网源网储联合规划流程新型电力系统主动配电承载力提升规划方案四川大学考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学主动管理模式下的源储规划年综合成本年综合成本年化投资成本年综合运行成本配电网安全运行约束主动管理措施约束四川大学考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学考虑承载力提升的网架扩展规划多目标规划配电网扩展规划成本负荷承载力约束配电网安全运行约束电网侧承载力配电网常规约束电网侧承载力四川大学考虑综合承载力提升的配电网规划方法四川大学聚合单元自治单元聚合单元自治单元虚拟电厂虚