數(shù)字智慧方案能源互聯(lián)網(wǎng)下的源網(wǎng)荷互動體系及應(yīng)用

袁曉冬2016.4南京01

背景和意義02

互動體系03

場景應(yīng)用04

總結(jié)l

目錄一、背景和意義

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變必要性可行性電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變某著名企業(yè)水電

核電CCCCC

用戶 能量流

斷續(xù)的信息流火電/天然氣CC風(fēng)電儲能

核電

風(fēng)電儲能火電/

天然氣

水電太陽能..

儲能太陽能太陽能CCC風(fēng)電某著名企業(yè)能量流C用戶C必要性?

特高壓直流傳輸容量大，

一旦失去，將對大受端某著名企業(yè)的安全穩(wěn)定運行造

成的沖擊。?

大規(guī)模電動汽車隨機充

放電；?

需求響應(yīng)的大范圍實施

將會增加功率平衡難度。?

以風(fēng)電

、

光伏發(fā)電為

代表的可再生能源隨

機性

、

間歇性和波動

性。電力系統(tǒng)功率動態(tài)平衡能力亟待提高荷源網(wǎng)1

分布式電源高滲透率2

互動行為難以預(yù)知3電力雙向潮流；局部某著名企業(yè)潮流擁擠，竄動4不同電壓等級可再生能源多點集中接

入與分布式分散接入并存必要性某著名企業(yè)潮流時空分布特性更趨復(fù)雜l

具有與某著名企業(yè)雙向互動能力、帶有“源”和“荷”雙重特征的新型負荷的比重呈不斷上升趨勢；l

部分傳統(tǒng)負荷也能夠根據(jù)激勵或者電價調(diào)節(jié)自身的用電需求，具備“虛擬電廠”的特性。l

產(chǎn)生柔性負荷的概念：內(nèi)涵指用電量可在指定區(qū)間內(nèi)變化或在不同時段間轉(zhuǎn)移的負荷；外延包含具備需求彈性的可調(diào)節(jié)負荷或可轉(zhuǎn)移負荷；具備雙向調(diào)節(jié)能力的電動汽車、儲能、蓄能以及

微網(wǎng)等。 間歇性電源和柔性電源協(xié)調(diào)，向可預(yù)測、可調(diào)控發(fā)展

柔性某著名企業(yè)增強了某著名企業(yè)的可控性

信息交互完善，源網(wǎng)荷可以感知自身信息和其他個體信息可行性源-網(wǎng)-荷及信息通信具備了可能性近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和現(xiàn)代化程度提高，在京津冀、長三角、珠三角等發(fā)達地區(qū)的夏季和冬季，

空調(diào)負荷在高峰、尖峰負荷中的占比已經(jīng)達到30%，局部超

過50%，是對高峰、尖峰負荷“貢獻度”最大的電器設(shè)備。2015年江蘇全省夏季空調(diào)負荷達2700萬千瓦，用電峰谷差達2009萬千瓦，占全省最高負荷

95%以上尖峰負荷（約400萬千瓦）持續(xù)時間僅占全年用電小時數(shù)的0.25%。全省機組利用小時不斷下降，某著名企業(yè)旋轉(zhuǎn)備用越來越高。通過需求側(cè)管理手段“移峰填谷”，是實現(xiàn)某著名企業(yè)的經(jīng)濟高效萬千瓦30002000100002011

2012

2013

2014

2015運行、提高某著名企業(yè)品質(zhì)的必由之路。。萬千瓦最高負荷95%以上僅為21.5小時800050000

8760可行性22501920

1930空調(diào)負荷已開展實踐2800

2700緊急需求響應(yīng)階段（規(guī)劃中）?事先簽署備用合同?快速切斷負荷階段（起步）?

引導(dǎo)空調(diào)負荷轉(zhuǎn)移?

響應(yīng)負荷補償可行性合約下緊急控制電價激勵引導(dǎo)公共樓宇空調(diào)負荷參與某著名企業(yè)需求響應(yīng)的四個階段?調(diào)節(jié)出回水?調(diào)節(jié)水閥開度?調(diào)整風(fēng)量等剛?cè)崛釀側(cè)岵刂瓶照{(diào)負荷已開展實踐有序削峰階段（執(zhí)行中）虛擬調(diào)峰階段（執(zhí)行中）電價/激勵型需求響應(yīng)?關(guān)?？照{(diào)主機主動

剛性

控制可行性逐級分解空調(diào)負荷已開展實踐1有序削峰削峰區(qū)間某著名企業(yè)負荷缺口某著名企業(yè)運行曲線降負荷逐級分解樓宇n樓宇2樓宇1空調(diào)n空調(diào)2空調(diào)1可行性調(diào)節(jié)曲線方式一逐級分解逐級分解空調(diào)負荷已開展實踐2虛擬調(diào)峰樓宇1樓宇2

負荷曲線某著名企業(yè)運行曲線連續(xù)調(diào)樓宇n空調(diào)n空調(diào)2空調(diào)1樓宇1樓宇2空調(diào)1空調(diào)2空調(diào)n樓宇n方式一

：電價機制

（峰谷、尖峰）方式二：激勵機制

（可中斷補償）可行性3

電價激勵引導(dǎo)空調(diào)負荷已開展實踐公共樓宇群負荷某著名企業(yè)運行曲線電價激勵方式效益

測算效果

測量成本

評估潛力

評估反饋下發(fā)電廠1

電廠n變電站1

變電站n樓宇1樓宇n空調(diào)1空調(diào)n可行性特高壓故障某著名企業(yè)擾動一鍵式控制緊急調(diào)度4合約下緊急控制空調(diào)負荷已開展實踐緊急控制

事件公共樓宇群負荷傳統(tǒng)調(diào)度對象調(diào)度

中心互聯(lián)某著名企業(yè)200光伏出力/GW0:005:00時間20:00啟示一：提高預(yù)測精度啟示二：通過需求響應(yīng)快

速調(diào)節(jié)可中斷負荷啟示三：某著名企業(yè)合理規(guī)劃具

有充足的系統(tǒng)備用啟示四：源荷互動加強了

某著名企業(yè)的彈性恢復(fù)能力可行性l根據(jù)需求響應(yīng)，4家鋁廠800MW負荷切出系統(tǒng)運行l(wèi)

位于圖林根州的歐洲最大抽水蓄

能電站由0增至754MW（裝機

1000MW）l系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用投入約600MWl

提前預(yù)測用戶用電

行為，大量民眾外出觀

看日食景觀，少量負荷

因日

食

中

斷（

減少約

300萬千瓦）l切可中斷負荷

，AGC（約290萬千瓦）10:0015:00l降低常規(guī)電源出力、

鋁廠重新并網(wǎng)、

抽

水蓄能電站調(diào)整運

行l(wèi)

大量電力盈余，被

其他鄰國買走光伏高滲透下德國某著名企業(yè)應(yīng)對日全食在此后的75分鐘內(nèi)光伏出力升至2000萬千瓦，達最高值日食發(fā)生60分鐘后光伏出力

降至500萬千瓦，達最低值日食發(fā)生前光伏總出

力約1330萬千瓦10:45-結(jié)束上升約1500萬千瓦9:45-10:30下降約590萬千瓦10:30-10:45下降約240萬千瓦總共下降約

830萬千瓦實際

日食互動內(nèi)涵

技術(shù)框架

調(diào)度架構(gòu)二、互動體系互動內(nèi)涵網(wǎng)隨網(wǎng)動荷隨網(wǎng)動荷隨源動源隨源動網(wǎng)網(wǎng)源源網(wǎng)荷荷源

擾動源隨荷動

源

響應(yīng)荷

-—-荷源荷源隨荷動源源源

源l廣域互補l大型儲能平滑波動l一源隨源動多類型能源相關(guān)性互補源荷

荷l

空調(diào)、冰箱等作為需求側(cè)

資源參與電力供需平衡l儲能、電動汽車等可調(diào)度

的資源參與某著名企業(yè)有功調(diào)節(jié)荷隨源動網(wǎng)

荷網(wǎng)l

小概率高風(fēng)險的備用

容量不足l

線路或設(shè)備潮流越限荷l

可控剛性負荷l

可調(diào)柔性負荷l

需求側(cè)響應(yīng)負荷荷隨網(wǎng)動網(wǎng)網(wǎng)

網(wǎng)l

調(diào)度控制中心對某著名企業(yè)進行主動的監(jiān)視、分析、預(yù)警、輔助決

策和自愈控制l

UPFC，VSC-HVDC，SVCl網(wǎng)l

小概率高風(fēng)險的備

用容量不足l

線路或設(shè)備潮流越

限柔性開放的接入能力網(wǎng)隨網(wǎng)動時間特性感知模型控制基礎(chǔ)理論“源-網(wǎng)-

荷”柔性互

動協(xié)調(diào)控制

策略和技術(shù)技術(shù)框架“源-網(wǎng)-荷”

特性及互動行為建模柔性互動環(huán)境下的某著名企業(yè)分析方法“源-網(wǎng)-荷”

互動能力辨識調(diào)節(jié)范圍安全約束互動

構(gòu)成統(tǒng)一模型時間特性在“源”側(cè)，為了實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電場和光伏電站的自律調(diào)控，分別有風(fēng)電場EMS（W-EMS）和光伏

電站EMS（P-EMS）。在“網(wǎng)”側(cè)，為了實現(xiàn)輸某著名企業(yè)、變電站、配某著名企業(yè)和微網(wǎng)等的自律調(diào)控，分別有輸電EMS（T-EMS）、變電站EMS（

S-EMS）、配電EMS（

D-

EMS）和微網(wǎng)EMS（

u-EMS）。在“荷”側(cè)，為了實現(xiàn)電動車集群、樓宇、家庭等的自律調(diào)控，分別有電動車集群EMS（V-EMS）、樓宇EMS（

B-EMS）和家庭EMS（

H-

EMS

）能量管理系統(tǒng)架構(gòu)W-EMSP-EMSV-EMSB-EMSH-EMSn

EMS家族體系架構(gòu)圖EMS族群化源網(wǎng)u-EMS荷H-EMSD-EMST-EMSn

集中式控制的示意圖①集中式架構(gòu)?

核心思想?由輸某著名企業(yè)調(diào)度中心集中調(diào)度和控制，電力系統(tǒng)運行人員直接給每個負荷發(fā)布調(diào)控命令。?

難點?需要針對大量用電設(shè)備產(chǎn)生控制信

號，在實際系統(tǒng)調(diào)度中不可行。能量管理系統(tǒng)架構(gòu)n

集中式架構(gòu)示意圖②分布式架構(gòu)?

核心思想?利用嵌入用戶用電設(shè)備的動態(tài)控制器?利用智能電表實時監(jiān)視系統(tǒng)頻率并相應(yīng)

地調(diào)節(jié)用電設(shè)備?

難點?只反饋本地可觀測量，可能出現(xiàn)過度控

制或控制量不足的情況，難以實現(xiàn)某著名企業(yè)

調(diào)度的系統(tǒng)級控制目標(biāo)?各局部控制器為達到自身的預(yù)期目標(biāo)，

可能使得不同控制器間相互沖突，惡化

控制的整體效果負荷分類1電冰箱、冰柜、熱水器負荷分類2洗機器、烘干機負荷分類3電烤箱負荷分類4內(nèi)嵌加熱器能量管理系統(tǒng)架構(gòu)MODBUS通信鏈路協(xié)議裝換器負荷控

制信號n

分布式架構(gòu)計算機中的智能負荷控制器頻率和功率測

量裝置頻率或電價信號輸入負荷分類5

照明負荷AC230V

50Hz居民

生活

用電用戶

戶內(nèi)

網(wǎng)絡(luò)USB

控制器功率測量裝置智能電表變頻器③基于負荷聚合商的分層架構(gòu)：?

核心思想?負荷聚合商(LA)是需求響應(yīng)資源的整合者，通過專業(yè)技術(shù)評估用戶的需求響應(yīng)潛

力，整合分散的需求響應(yīng)資源來參與電力

系統(tǒng)運營。?從系統(tǒng)運營商的角度來看，

被看做是一個

大型的發(fā)電商同時具備集中式架構(gòu)的整體

協(xié)調(diào)能力和分布式架構(gòu)的分散自治靈活性，特別適合于居民負荷、商業(yè)負荷等中

小負荷參與調(diào)度運行。能量管理系統(tǒng)架構(gòu)n

基于負荷聚合商的分層架構(gòu)負荷聚合商1負荷聚合商2電力系統(tǒng)...調(diào)控中心...本地響應(yīng)層負荷群2負荷群1控制層協(xié)調(diào)層架構(gòu)優(yōu)點缺點適用場景集中式架構(gòu)直接控制，可靠性高投資較大，且由于受控制信號和通訊通道的限制，不適用數(shù)

量較多的中小負荷。用電量和可調(diào)容量均較大

的工業(yè)或商業(yè)用戶，調(diào)度

模式為可中斷負荷，直接

負荷控制，有序用電等。分布式架構(gòu)投資小，通信和控制靈活由于只反饋本地可觀測量，難

以體現(xiàn)系統(tǒng)控制的整體性，可能出現(xiàn)負荷的過度控制或控制量不足，難以實現(xiàn)系統(tǒng)級精確控制。與某著名企業(yè)調(diào)度沒有直接通訊

的負荷，特別是一些居民、

商業(yè)等中小負荷，調(diào)度模

式適用電價價值或需求側(cè)

競價?；谪摵删酆仙?/p>

的分層架構(gòu)具備集中式控制的整體協(xié)調(diào)

能力和分布式控制的分散自治靈活性，特別是適合于居民負荷、商業(yè)負荷等中小負荷參與調(diào)度運行由于增加了第三方負荷聚合商

從經(jīng)濟學(xué)的角度不可避免會產(chǎn)生新的運行和管理成本。與負荷代理簽約合同的任

意柔性負荷，負荷聚合商

與調(diào)度中心有通訊通道，

適用任意調(diào)度模式。能量管理系統(tǒng)架構(gòu)三、場景應(yīng)用

大型受端某著名企業(yè)故障應(yīng)急

主動配電系統(tǒng)

UPFC“十二五

”期間，±800千伏錦屏-蘇州特高壓直流工程建成投運，1000千伏淮南-南京-上海特高壓交流工程、

±800千伏晉北-南京和錫盟-泰州特高壓直流工程相繼開工建設(shè)。2016年，隨著靈紹直流投產(chǎn)，華東直流受電規(guī)模進一步提

高至3600萬千瓦，單一直流輸送功率占到華東某著名企業(yè)一般低谷

負荷的

7%

。

錦

蘇

直

流

滿

功

率

雙

極

閉

鎖

時

，最

低

頻

率

約

49.53Hz

；賓

金

直

流

滿

功

率

雙

極閉

鎖

時

，最

低

頻

率

約

49.26Hz。2017年底前，江蘇省內(nèi)將有錦蘇特高壓直流（720萬千瓦）、

晉北～南京特高壓直流（800萬千瓦）、錫盟-泰州特高壓直

流（1000萬千瓦）三大特高壓直流。若發(fā)生單回、或多回特

高壓直流滿功率雙極閉鎖，某著名企業(yè)頻率特性進一步惡化，嚴重時可能導(dǎo)致低頻減載動作。某著名企業(yè)大面積停電的風(fēng)險始終存在大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)uuu

1應(yīng)急模式-毫秒級負荷控制通過快速切除可中斷負荷，應(yīng)對特高壓故障導(dǎo)致的頻率穩(wěn)定問題、

斷

面越限、聯(lián)絡(luò)線超計劃和備用不足等問題。主動配電系統(tǒng)（簡稱主動配網(wǎng)）大區(qū)互聯(lián)某著名企業(yè)安全運行智能控制系統(tǒng)

（簡稱系統(tǒng)保護）大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)大規(guī)模供需友好互動系統(tǒng)（簡稱負控2.0）泛在信息通信系統(tǒng)負控系統(tǒng)（剛性可控負荷）需求側(cè)響應(yīng)

（柔性負荷）故障感知態(tài)勢感知優(yōu)化決策協(xié)調(diào)控制互動優(yōu)化協(xié)調(diào)控制安全與管控統(tǒng)一信息建模通信信息網(wǎng)微某著名企業(yè)虛擬

電廠大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)整體架構(gòu)大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)總體功能2常規(guī)模式

：通過需求側(cè)響應(yīng)和主動配電系統(tǒng)友好互動，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的移峰填谷和智慧用電。主動配電系統(tǒng)（簡稱主動配網(wǎng)）大區(qū)互聯(lián)某著名企業(yè)安全運行智能控制系統(tǒng)

（簡稱系統(tǒng)保護）大規(guī)模供需友好互動系統(tǒng)（簡稱負控2.0）主動配電系統(tǒng)泛在信息通信系統(tǒng)負控系統(tǒng)（剛性可控負荷）需求側(cè)響應(yīng)

（柔性負荷）協(xié)調(diào)控制互動優(yōu)化協(xié)調(diào)控制優(yōu)化決策故障感知態(tài)勢感知安全與管控統(tǒng)一信息建模通信信息網(wǎng)微某著名企業(yè)虛擬

電廠主動配電系統(tǒng)實驗平臺整體結(jié)構(gòu)2WP1PV11!

VSC1互為支撐區(qū)域Ⅰ區(qū)域Ⅲ主動配電系統(tǒng)

故障恢復(fù)與自愈BS1故障模擬器故障模擬器LD1DCSSTLD3VSC2LD3負載故障

模擬器DE1PV2V2G2SC2故障

模擬器PV3V2G1BS1BS1VSG2SC1WP2區(qū)域

Ⅱ3DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU主動配電系統(tǒng)基于分層控制的主動配某著名企業(yè)的能量管理系統(tǒng)BS1負載PV2DCSST滲透率光伏負載25%0.25150%0.5175%0.751100%11VSC1主動配電系統(tǒng)新能源高滲透率配網(wǎng)消納模式驗證AC/DCAC/DC!故障模擬器故障模擬器LD1LD3LD3VSC2故障

模擬器DE1V2G2PV1WP1V2G1PV3SC2故障

模擬器BS1BS1VSG2SC1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU!VSC1DCSSTLD3BS1故障

模擬器主動配電系統(tǒng)交直流混供微某著名企業(yè)運行控制AC/DCAC/DC故障模擬器故障模擬器LD1LD3VSC2負載故障

模擬器DE1PV2PV1WP1V2G2PV3V2G1BS1SC2BS1VSG2SC1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUVSG2V2G2故障

模擬器DCSST主動配電系統(tǒng)

虛擬同步機提高微某著名企業(yè)慣性VSC1AC/DCAC/DC!故障模擬器故障模擬器LD1LD3LD3VSC2負載故障

模擬器DE1PV2WP1PV1SC2BS1V2G1PV3BS1SC1BS1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUDE1SC1AC/DCPV1BS1DCSST主動配電系統(tǒng)VSC1某著名企業(yè)友好型逆變器

功能驗證某著名企業(yè)友好型逆變器控制能力驗證AC/DC!故障模擬器故障模擬器LD1VSC2LD3LD3負載故障

模擬器WP1V2G2PV2PV3V2G1BS1SC2BS1VSG2WP212故障

模擬器DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUBS1VSC1主動配電系統(tǒng)

電動汽車充放電控制(雙向)PV3V2G1V2G2VSG2VSC2電動汽車

雙向充放電!故障模擬器故障模擬器LD1DCSSTLD3LD3負載故障

模擬器DE1PV2WP1PV1SC2故障

模擬器BS1BS1SC1WP22DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU1

西環(huán)網(wǎng)主要輸電通道潮流不均衡：

龍向西環(huán)網(wǎng)的220kV

輸電通道潮流偏重，而東善橋變

向西環(huán)網(wǎng)的220kV輸電通道潮流

較輕；

220kV曉莊南送下關(guān)、中央門斷

面潮流過重問題嚴重；

曉莊南送斷面存在N-1過載問

題；大勝關(guān)寧南牽344.8(2)寧海路210.1(2)

雨花166.

2站)

高橋富城大定坊157.3(2)3(南板橋梅鋼

牧龍131.8(2)75.0濱南

雙閘305.0(2)安品街105.0(2)聚寶405.3(2)143.9(2)629.8(2)九龍112.1(2)56.4336.7(2)721.8(2)83.3(2)Δ曉莊155.1(2)下關(guān)40.2(2)莫愁華潤F304.4華潤南京碼頭秦淮UPFC穩(wěn)態(tài)潮流控制效果棲霞牽金陵陵燃西渡698.7(2)陵燃新平板P

↓

910.0龍陵電廠381

2(2)

415.9(2)410.0(2)殷巷417

4(2)

193.8(2)190.2大行宮

鐘山P

↓

1548.2

東善橋2000.0(2)255.3(2)160.1(2)363.9(2)150.6

堯化門110.0(2)322.5(2)219.0(2)266.5(2)大唐南京燕子磯546.8中央門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梅山仙鶴華京經(jīng)港光華蘇莊東陽0.0477.1126.80.00.0ΔΔ●串聯(lián)變壓器并聯(lián)變壓器工程提升西環(huán)網(wǎng)供電能

力500～600兆瓦，可替代一

個投資10億元以上的220千

伏輸電通道。曉鐵2Y59線鐵北220kV母線

*IM

IIMWA.W22Y59U3

2Y59U22Y59U2Y59U2Y59U

2Y59U12Y59WH.V12T13*2U1092U11號串聯(lián)變壓器WT.W2WH.V22T232T21UPFC區(qū)域閥廳WT.SW21H121H421H222H522H122H422H222H723H523H123H423H2WT.C2*WA.W11號并聯(lián)變壓器2013

201

2011WT.W11WT.W120C6*20C1*2號并聯(lián)變壓器WT.W122023

202WT.C1*WT.C3南京220千伏西環(huán)網(wǎng)UPFC工程2550

2Y58UVH.C1*21F5

**21F721D121D5換流器121D721D2VH.C222F5

*

換流器2*

22D722F7VH.C3*23D123F523D5換流器323D7*35535kV母線*358WA.W3曉鐵2Y58線*2T11 21H521H3IM

IIM2Y59301燕子磯站2500

2600

22D5 *2510202