分布式资源主动支撑的新型配电系统多状态运行控制技术报告

分布式资源主动支撑的新型配电系统多状态运行控制技术 赵景涛 中国电机工程学会南瑞集团有限公司 CHINESESOCIETYFORELECTRICALENGINEERING 01汇报提纲中国电机工程学会 新型配电系统建设挑战与思考新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电系统多状态可调潜力评估 新型配电系统多状态控制策略 实践探索 新型配电系统建设挑战与思考 中国电机工程学会 大规模分布式资源接入配电网是实现双碳自标，发展新型电力系统的关键举措。新型配电系统呈现 "双高”、源荷双端不确定性强、运行状态多变等特征，安全高效运行存在巨大挑战。 新型配电系统特征 独合开关 分布式发电功率波动特性点多面广、控制特征各异 -. 融合开关运行状态复杂多变 可控要素数量多、特性各异 大功率冲击性负荷接入 可控负荷增多 3 新型配电系统建设挑战与思考 电网稳定安全 高比例清洁能源约束下低成本高效率运行约束下低成本能源需求与电网高可靠绿色清洁能源供给与电网高可 中国电机工程学会 安全运行之间的矛盾 如何平衡 靠行运行之间的矛盾 新能源全额消纳系统高效运行 新能源全额消纳约束下 低成本高效率运行与电网高可靠行运行之间的矛盾 新型配电系统建设挑战与思考中国电机工程学会 挑战一 新型配电系统运行状态复杂多变，量测布点有限，难 以精确感知500% 400% 海量分布式光伏和多类型负荷，呈现源荷双端强波动性，使得配电网多 300% 200% 层级运行状态演化呈现突发性和时变性，运行状态无法准确描述。如何建立 一套量化体系，特别是配网点多面广，在有限量测下的运行状态划分和量化100% 是难点。0% 某县2025年光伏功率渗透率 波动性、不确定性加剧 挑战二 多状态下分布式资源控制需求和控制特性各异，难以 故障态正常态 精准控制基于柔性互联、主挖拒源网有情潜 动孤岛、切负荷、运力，实规网格自 治，区城互济。 海量分布式资源和柔性负荷点多面广，不同运行状态下可调特性各异，油自息。 导致运行控制维度剧增：配电网台区-网格-区域多层级运行状态相互耦合 0301 02 导致多状态协同运行控制复杂、多状态控制模式智能切换难以精准掌控警戒态 利用重档、分布式储、可调负 荷等手段，降低电网运行风险 5 新型配电系统建设挑战与思考中国电机工程学会 挑战三现有配电配网自上而下的控制架构及单一功能的终端装备，难以支撑多状态运行控制 现有的配网调控模式是自上而下确定性调控方式，同时边端的装备存在类型多、功能单一，扩展性不足等问题如何在现有配用电系统技术体系下，突破现有确定性调控方式，并构建海量分布式资源主动支撑配网运行的控制体 系是一大挑战。 PMU系列化 FTU自主可控 DTU模块化 XTU终端 中低压柔性设备 TTU积木式 新型配电系统建设挑战与思考 中国电机工程学会 配电网多状态运行控制：不确定性系统的“确定化”精准管控 能量传输的管道资源分配的平台 主网需求驱动最小量测的 配网“可观化” 主网 配网社会环境 能传输供电为主 单向性服务为辅 能量来源调度方式 技术驱动 能源市场 运行控制的 “精准化” 单一化集中化源荷支撑的 “可量化” 源网荷储 用户用户 确定性系统不确定性系统 7 新型配电系统建设挑战与思考 以复杂多变系统精准刻画及可调能力精准量化为手段，建立“正常态-警戒态-故障态”多状态精 细化运行控制体系，充分调动源网荷直储调节能力，实现海量资源接入的配电网安全、高效运行 中国电机工程学会 1、构建多态精准管控模式2、新型配电系统状态辨识 正常态，区域经济低碳运行结合配电网“正常态-警戒态-故障态”的多层级 警戒态，挖掘源荷双向协同能力，牵引至正常态。表征体系与综合评估方法，实现区域-网格-台区 故障态，牵引至警戒态，再至正常态的运行状态在线辨识 3、新型配电网区域调节能力量化4、多状态优化与调度控制策略 稳定运行状态下，为配电网运行态可调能力提供建立“正常态-警戒态-故障态”多状态精细化管 量化数据支撑。警戒态下，明确多层级可控资源控架构，提出正常态自治控制、警戒态主动支 的裕度，量化可调能力。撑控制、故障态恢复牵引控制关键技术 新型配电系统建设挑战与思考 将新型配电网划分为区域-网格-台区三层，形成“横纵协同、分层分区”双向协同调控，实现区域优化、网格互济、台区自治的控制体系架构。 中国电机工程学会 融合源网荷储资源依托平台配电网调控体系 区域： 抽水蓄能电站 传统发电 大规模集中式 新能源发电 调度自动化系统 区域优化 依托EMS、DMS、多状态管控系统 制定主配协同控制策略，实现区域 高压变电站配电自动化系统主网安全约束条件下优化区域高压线路多状态管控软件主配协同控制策略 集中式瑞能电站10kV网格边缘中心 网格： 依托配电自动化主站系统，利用可调 新能源发电 微网控制中心 网格互济 响应主网调度 资源，响应主网调度，参与主配协同 10kV线路DTU网格协同互济控制，实现网格互济 网格FTU故障协同处理 台区： 分布式资源分布式资源台区融合终端台区自治依托融合终端实现低压台区源网荷储 配变边缘应用软件APP响应配网调度 就地平衡，响应配网调度，参与配网 台区负控终端 源网荷储就地平衡营配调信息交互 互动，实现台区自治 9 01汇报提纲中国电机工程学会 新型配电系统建设挑战与思考 新型配电系统多状态定义及辨瓣识 新型配电系统多状态可调潜力评估新型配电系统多状态控制策略 实践探索 OL 新型配电系统多状态定义及辨识中国电机工程学会 新型配电系统多状态划分“正常态-警戒态-故障态” 将新型配电系统运行状态划分为正常态-警戒态-故障态三种运行状态，从优化措施及优化目标入手 分析各运行状态下配电网的运行自标及运行措施 故障态正常态 基于柔性互挖掘源网荷储 联、主动孤岛潜力，实现网 正定义：电力系统在正常的负载范围内，运行稳定各个设备均工作 正常的状态 一常措施：配电网重构、有载调压、需求侧响应以及分布式资源可调能力等 态目标：区域优化、网格互济、微网自治 切负荷、运行格自治，区 模式切换域互济。 实现快速0301 警定义：如果不及时采取适当的控制措施，或者措施不够有效，电 力系统会由于扰动进入故障态 自愈。 戒措施：配电网重构、移动/分布式储能、可调负荷、负荷转供等 02态自标：多级协同、降低风险、安全运行 警戒态 利用重构、分布式储、 定义：电力系统出现供需不平衡，导致系统崩溃 故 可调负荷等手段，降低 障措施：主动孤岛、切负荷、网络重构、分布式电源主动支撑、负荷转供等 电网运行风险态目标：保障供电、快速自愈、主动控制 11 新型配电系统多状态定义及辨识中国电机工程学会 新型配电系统多状态转换场景示例 台区侧三态典型转换场景网格侧三态典型转换场景 ①白天光伏满发导致配变③线路发生故障，台区切1）根据预测自天区域光伏③网格内线路发生故障， 重过载除部分负荷，转入孤岛运行满发，导致线路重过载严重导致失负荷较大 ②通过低压柔性互联将负正常态④线路故障解除，台区转②跟相邻网格中压柔性转正常态④上级电网故障解除，网 载率降低到80%入并网运行供，降低重过载格恢复正常运行 5) 2)? 警戒态? 6 故障态警戒态 故障态 ③台区重过载运行时间长，故障概率超过阅值③网格处于离网独立运行状态，但无法继续独立供电 ③台区从并网转为离网，但备用容量裕度和独立供电能力不足③线路发生故障，进行了故障隔离和转供，但备用容量和支撑 能力有限。 12 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电系统“正常态-警戒态-故障态”三态最优表征体系 为了快速识别新型配电网台区-网格-区域的多层级运行状态，从备用容量裕度，主动支撑能力、独立供电能力、实时可控性、故障风险概率、供电质量水平和跨层级状态评估，共七个维度评估多层级运行状态。 中国电机工程学会 口1、备用容量裕度 口2、紧急转供能力 口3、独立供电能力 内涵：本层级应对负荷波动和分布式资源波动 内涵：本层级通过转供措施，将层级负荷转移 内涵：本层级失去外部供电后的独立供应重要负荷能 的备用能力。 到其他供电电源，线路上的能力。 力。 特性：备用与额定负荷的比值。值越大，备用 特性：紧急转供能力越大，本层级转移负荷的 定义：包括负荷供电比例和时间。值越大，独立供电 能力越强。 能力越强。 越强。 口4、实时可控性 口5、故障风险概率 口6、供电质量水平 内涵：可控分布式电源和负荷的实时可控比例。 内涵：本层级重要设备发生故障的最大风 内涵：本层级在电压偏差和频率偏差方面的综合质量 特性：实时可控比例越大，说明可控资源在线 险既率与允许最大概率的比值 定义：偏差越大，供电质量越差，越偏向于故障状态 率越好。 特性：值越大，故障风险越高。 口7、跨层级状态评估 内涵：本层级中处于运行态，整戒态，故障态的下层级的数量占总数量的比例大小特性：跨层级状态评估比例越大，说明处于警戒态和故障态的下层级越多。 新型配电系统多状态定义及辨识中国电机工程学会 新型配电网“正常态-警戒态-故障态”三态运行状态辨识 为了评估多层级新型配电网运行状态，建立七个维度的详细计算模型，并结合相关政策与标准，确定主 观经验取值区间。 备用容量裕度考虑分布式资源影响下层级用容量大小紧急转供能力考虑转供线路容量与转供变压独立供电能力综合考虑层级独立运行保障负荷 器转供能力大小比例和独立运行最大时间 1 Pane=pme+Peanatat-(Play-pay-Pa)Pr+Peu Pau-Z(Pe+Peas)nha- Pae: Plood Ar(po-Zpan) 指标名称运行态警戒态故障态指标名称运行态警戒态故障态指标名称运行态普戒态故障志 备用容量裕度0.40.2 <0.2 紧急转供能力0.250.16<0.16独立供电能力0.80.65<0.65 实时可控性综合考虑可控分布式资源比值与可控故障风险率考虑变压器温度和变压器投放供电质量综合考虑最大电压偏差和最大频负荷比值大小年限对变压器故障率影响大小率偏差影响下电能质量大小 分布式温度电压偏差频率偏差 资源pa+pamF=eU-U,l 损失年限LOSE=LOSE+LOSE 负荷故障风险率00 Ux Nuokog=-n,+u-nj 指标名称运行态警戒态故障态指标名称运行态警戒态故障态 指标名称运行态警戒态故障态故陪风险逐 实时可控性0.40.3<0.3 0.10.15>0.15 供电质量0.410.75>0.75 跨层级状态评估捐标名称运行态警戒态故障态 考虑本层级所届下层级运行态、警戒态和故障态占比大小跨层级状态评估0.40.7>0.714 新型配电系统多状态定义及辨识中国电机工程学会 新型配电网“正常态-警戒态-故障态”三态运行状态辨识 从模糊规则和神经网络出发，结合新型配电网运行指标取值区间对未来时段配电网各指标运行状态划分考虑典型配电网运行场景，建立基于未来运行状态的多层级新型配电网运行状态综合辨识 典型配电网警戒态场景运行状态辨识 局部电压越限：配变、主变最大电压偏差超过7%前件 个 变压器/线路满载运行：最大负载超过设备额定容量80%网络输出输出配电网运行状态 故障风险：主变、配变故障风险率高于40% 转供能力不足：层级缺乏转供开关，且故障风险率指标处于故障态 隐藏层 典型运行场景规则 模糊神经 网络 频率偏差越限：主变、配变、主馈线频率偏差高于0.5hz隶属度函数 备用容量不足：备用容量近似为0 处于警戒态/故障态下层级过多：处于故障态和警戒态的下层级比例超过60%实时运行数据未来运行数据后件 网络 典型配电网故障态场景 局部电压越限：配变、主变最大电压偏差超过10%据; 依据配电网各指标计算公式得到当前时段配电网各指标运行数 变压器/线路满载运行：最大负载超过设备额定容量1.25倍2、将步骤1中数据作为模糊神经网络前件网络的输入进行评估； 故障风险：主变、配变发生故障 电压畸变率过高：畸变率超过5% 3、将未来时段配电网各指标运行数据依照前文所提修正区间划分