11国家863项目主动配电网关键技术及示范工程实现(余南华)

“主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用”示范工程设计与实现2015年10月国家高技术研究发展计划（863计划）智能电网智能电网高级分析与优化运行关键技术重大专项汇报人：余南华博士单位：电科院内容863项目关键技术与示范工程背景1示范工程设计2示范工程实施3示范工程应用与项目总结4传统配电网面临大规模间歇式能源接入后带来的问题：四个挑战供需失衡：资源配置的被动控制缺失：资源协调的被动管理缺失：资源管理的被动服务缺失：资源服务的被动网源荷网荷源配网自动化网荷源配网自动化配网能量管理气象高级应用资源网荷源电网侧用户侧1、863项目关键技术-背景控制缺失即插即忘处理导致供需失衡管理缺失市场与服务缺失发电侧1、863项目关键技术-背景比较分析了传统配电网技术、微网技术与主动配电网技术的间歇式能源消纳特点。传统配电网消纳微电网消纳主动配电网消纳广泛接入即接即忘低效消纳区域接入局部协调高效消纳广泛接入全局协调高效消纳1、863项目关键技术-背景主动配电网的定义可以综合控制分布式能源（分布式发电、柔性负载和储能）的配电网，可以使用灵活的网络技术实现潮流的有效管理，分布式能源在其合理的监管环境和接入准则基础上承担对系统一定的支撑作用。输电网络高压配网110kVGGGG中压配网35/10kV低压配网0.4kV负荷负荷主动配电网MG微网光伏储能冷热点三联供风力发电具备一定比例的分布式可控资源网络拓扑可灵活调节的配电网较为完善的可观可控水平实现协调优化管理的管控中心区别于传统配电网的四个主要特征1、863项目关键技术之1主动配电网的综合规划方法在主动配电网的框架下，提出了可信电力电量平衡分析方法。可信出力预测不可控负荷负荷预测可信电力电量平衡荷可信出力部分（大概率部分）可控负荷间歇性能源发电出力可控资源配置小概率出力部分源提出了可控资源规划方法，实现两个目标：•解决计算间歇式能源出力的小概率问题•解决完成配电网网架规划后的实际消纳问题消纳削峰填谷可控资源(储能、可控负荷等)开始输入规划区分布式电源配置容量类型及分布等情况录入规划区负荷及历史天气数据计算储能配置容量下限计算储能配置容量上限计算限值内储能配置容量最优值结束建立分布式发电出力模型和储能充放电模型储能优化配置•配置过高—成本高•配置过低—无法满足消纳、削峰填谷需求•配置合理—配电网经济性、可靠性最佳可控资源优化规划流程可控负荷配置•可控负荷配置越高，越有利于调峰与削峰填谷1、863项目关键技术之2主动配电网的综合规划方法提出了多级分层消纳控制模式，可实现间歇式能源并网发电的即插即用式的控制与管理。分层控制框架上层优化荷源控制控制模式消纳模式储源控制网源控制站源控制点消纳线消纳面消纳根据优化结果，下发控制指令一次多级消纳二次分层控制多级消纳模式开关站分支线储能单元10kV馈线配电节点风力发电光伏发电源网协调控制器分层分布控制器主动配电网能量管理系统源网协调控制器燃气轮机源网协调控制器光伏发电储能单元分层分布控制器分层分布控制器分层分布控制器联络开关分层分布控制器1、863项目关键技术之3多级分层消纳模式点、线、面消纳对间歇式能源的消纳率逐步提升，通过主动模式切换的形式灵活选择消纳模式可以更有效地消纳间歇式能源。多级分层消纳仿真结果CSZ1FD1215221620610613623619629116126615625612617618616614117213222899640894649870CSZ2FD22262122106396336518991641878631816815817817-B622-B622621626HG21HG2262862A62B136-B62B-BHG32HG31819136CSZ3FD3127124114125120110CSZ4FD42332142351331312231121A1128122B128-B660661BUS1BUS2BUS3BUS4BUS5BUS6BUS7BUS8420410812T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T15T16T17T18T20BS20901PV2（1）904T22T23905914T24903T21PV8BS19功PV12（1）PV13PV14PV26907T26630908T27ESS27911T30910T25906T29PV25909T28PV5Ess5+-+-+-T31T32+-BS21+-DG15WG10+-ESS11DG28T19PV21PV12（2）PV2（2）+-BS19能+-BS19功C13区域1区域2区域3区域4123456789101112131415点消纳线消纳面消纳提出了量化描述储能特性，并考虑系统应对N-1供电故障、消纳新能源的供蓄能力指标，实现间歇式分布式电源平稳运行所需的配电网不同层面的功率支撑配置。maxsu.Nmax()BmlPPPPmaxst.Nmax()BmlPPPP转移供电能力转移蓄电/消纳能力约束条件minmax.maxmaxst.msu.ma)b)c)0d)bbRatedmBVVVIIPPPP转移供电能力示意图转移蓄电能力示意图1、863项目关键技术之4供蓄能力指标计算1、863项目关键技术之5源网功率控制传统协调控制系统原始数据中存在误差优化算法计算周期较长EP……ESSDG(功率可控)负荷负荷全局优化系统DG、储能运行状态优化后的功率控制值SOC发电量功率可再生能源原始数据:ADN网络拓扑数据；负荷预测数据；可再生能源预测数据；DG、储能等电气参数。……外电网交换功率母线交换功率EP……储能或DG储能或DG基于FCE的协调控制基于FCE的协调控制负荷负荷全局优化计算+-馈线误差交换功率优化值实际运行数据储能,DG功率优化值交换功率实测值协调控制信号协调控制信号可再生能源实测功率实测功率原始数据:ADN网络拓扑数据；负荷预测数据；可再生能源预测数据；DG、储能等电气参数。αiαj馈线误差馈线控制误差概念__EAEOFCEPP交换功率的实际值与最优值之间的差异提出馈线控制误差(FCE)指标，用于平抑区域自治运行与全局优化的整体运行状态之间的差异，建立主动配电网馈线控制误差自治控制技术（简称FCE控制）。1、863项目关键技术之5源网功率控制OLTC馈线GGGSVC站内电容器组SVRSVRSVR馈线馈线馈线电容器组馈线电容器组馈线电容器组变电站电压协调控制器站内电容器组控制站内无功电压控制无功电压全局优化控制算法主动配电网能量管理系统无功电压实时协调控制算法馈线电压协调控制器站内控制信号集中控制信号实时控制信号相互协调分布式能源本身注入馈线的有功和无功功率引起节点电压发生变化，既有可能是抬升节点的电压水平也有可能是降低节点的电压水平，取决于分布式能源的类型，控制模式，还取决于馈线的参数和负荷大小等因素。主动配电网无功电压全局优化控制是在主动配电网最优潮流的基础上，通过优化馈线上各个无功源的无功输出以及可调变压器分接头档位位置，实现无功潮流的合理分布。主动配电网无功电压全局优化控制在全局优化基础上，实时调节馈线上SVR的分接头档位及具备快速无功响应能力的SVC等动态无功补偿设备的无功输出，确保馈线所有节点电压始终处于合理的安全区间内主动配电网无功电压实时协调控制分布式能源本身注入馈线的有功和无功功率引起节点电压发生变化，其控制过程需综合考虑分布式能源的类型，控制模式，以及馈线的参数和负荷大小等因素提出了在电网孤岛运行条件下，通过对可控资源的主动管理，实现相联络馈线的有序消纳与复电，解决停电弃光与复电的问题，同时实现可靠性的提升。LLLGG10kV400VLGLGESS孤岛条件下高效消纳与馈线复电主动配电网管理系统协调控制器协调控制器协调控制器储能作为可控资源的有序消纳与复电1、863项目关键技术之6协调控制运行方式优化1、863项目关键技术之7主动配电网复合储能管理系统完成量化电池控制边界条件，提出储能管理控制方法，复合储能协调控制策略，实现智能双向调节管理。控制边界温度边界电压边界电流边界电量边界寿命边界源网协调控制器多储能单元协调控制器功率型储能单元1功率型储能单元m能量型储能单元1能量型储能单元nCAN总线Modbus/TCP以太网Modbus/TCPPCSPCSPCSPCS电网能量波动能量实时调度电量预先调节功率分配协调响应能力预测自我调节消纳能力分析预测监测预判智能双向调节5C以上也能保持较高等能量效率1、863项目关键技术之8主动配电网灵活运营模式建立提出了电网主导的AND运营模式，采用基于差异化用电的运营优化和基于电网效益的运营控制，分别从管理和操作层面解决大规模DER并网后的“削峰”和“消纳”问题。配电网ADMS电力营销系统主网EMS区域1用户用户区域2大用户大用户区域4用户用户区域3微电网能量流电价信息供需信息电网主导的ADN运营模式原负荷曲线DER并网后负荷曲线0tp削峰填谷消纳“削峰”“消纳”非合同用户合同可调用户合同可中断用户运营目标运营对象供用电合同与实时电价运营手段可控资源优化调节手段优化用户构成优化策略电价优化策略基于差异化用电的运营优化宏观规划可调可中断控制电价搜索基于电网效益的运营控制微观网络优化点消纳，调节线消纳和面消纳消纳目标最优运营策略电价水平用户比例实时电价调切策略挑战与主动配电网理念资源配置被动资源协调被动消纳不充分、可靠性待提高资源优化被动资源共享被动任务一：综合规划、信息控制策略任务二：消纳模式任务四：能量管理任务三：协调控制任务五：电能质量任务六：复合储能任务七：示范工程任务八：灵活运营模式研究任务及其关联关系实现目标可靠性与经济性协调的规划多方协调控制有序消纳模式可靠性与消纳率指标全局最优能量电能质量管理多方互动的灵活市场模式1、863项目技术总路线神舟电力5.5MWp光伏发电示范项目，是中国航天旗下佛山神舟光伏电力有限公司依托佛山市广成铝业有限公司和金世界铝业公司屋顶投资建设的金太阳示范项目。项目安装总容量为5.5MWp，分两期实施。一期2.5MWp，于2012年10月并网发电；二期3MWp，于2013年5月份并网发电。1、863项目之示范工程背景供电可靠性光伏消纳率99.9855%（2012）铝业线停电1次：5.2小时100.000%（2013）无停电99.8857%（2014）全部停电1次：10小时98.6%（2014）2014年停机累计约300小时，其中工厂管控强制性停机240小时，因此按60小时停机计。光伏发电的消纳问题光伏发电的优化运行问题厂外10kV配网线路停电导致光伏逆变器停机部分用电设备启停引起光伏逆变器电压波动，导致光伏停机优化光伏发电的利用效率，包括削峰填谷、减少功率向变电站倒送、孤岛发电电源光伏投资商技术需求课题技术验证需求利用主动控制技术，解决孤岛消纳问题和电压波动消纳问题利用主动能量管理技术，实现能量优化运行部分技术的工程验证问题消纳模式切换、有功无功功率控制、最优计划曲线、复合储能执行有效性、孤岛复电效率、研制设备有效性、两个指标（消纳率和可靠性）功能验证、指标测试验证1、863项目之示范工程背景内容示范工程设计2863项目关键技术与示范工程背景1示范工程实施3示范工程应用与项目总结42示范工程设计示范工程位于佛山市三水工业区中心科技工业区南边C区佛山广成铝业有限公司厂区和金世界创新铝业有限公司厂区。“优质金太阳工程”位置2期分布式光伏发电，总容量5.5MWp3套储能系统，总容量1.1MWh4条10kV馈线（黄南线）、铝业线、萧海线、塘溪线，含1条联络线（萧海：塘溪）规模全年日照小时数高于1600小时，光照充足大体呈现工业负荷特点，峰谷特性明显节假日阶段，光伏倒送现象时有发生特性网络结构示意G2500kWp0.4kV801开关4B2000kVA…L9L10G3…L11L12500kWp0.4kV801开关1B2000kVAG4…L13L14500kWp0.4