新型配电系统关键技术与展望报告

合武汉大学 WUHANUNIVERSITY 技术与展望 新型配电系统关键 Keytechnologiesandprospectsofnew distributionsystem 董旭柱王波武汉大学 武汉光谷2024年6月 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 目标和特征 目录关键技术 CONTENT三发展中的问题 四结语 碳达峰、碳中和”指明了新型配电系统发展的自标和方向 武汉学 WUHANUNIVERSITY “中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳 排放力争在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。 习主席在第75届联合国大会讲话 2020年9月22日 要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，看力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统 2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议 配电系统是构建新型电力系统的关键领域 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 配电系统承上启下，是区域多能源互补的协同平台、交易平台、分布式能源接入和消纳平台 配电系统具备开放互动灵活特征，满足用户多样化的能源电力需求 新型配电系统可测、全观、灵活可控和自愈，保障安全可靠和经济运行的供电要求 智慧工厂、数据中心三联供负荷集成商 小水电 需求响应 新型配电系统 分布式储能光伏发电 电动汽车分散式风电 集成规模化分布式能源、新型负荷和储能，融合先进传感和信息通信技术等的区域电力系统 配电网发展面临的新形势新要求 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 高渗透分布式资源井网巨量分布式柔性负荷适应终端能源电力转型发展的配 存在瓶颈接入要求高套机制政策相对滞后 分布式资源接入需求快速增长柔性负荷主体突破干万量级规划、管理模式驱需调整 丰 配电网承载力不足多时标、离散连续混合特征复杂市场化机制尚不完善 配电网由电能配送网络演化为分布式资源高渗透接入，柔性负荷参与互动的“新型局域电力系统 2030负荷侧场景 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 关键指标2021202520302060 （35kV及以下） 1亿千万2.5~3亿千瓦3.9亿千瓦10.95亿千瓦 源分布式电源装机 网用户年均停电时间（城市）2.6小时≤2小时≤0.5小时≤5分钟 用户年均停电时间（农村）13.8小时≤10小时≤5小时≤1小时 电动汽车500万辆2500万辆8500万辆5.3亿辆 荷全国用电量8.3万亿度9.5万亿度12万亿度16万亿度 最高负荷10.4亿千瓦15.7亿千瓦17.7亿千瓦24.3亿千瓦 电能占终端能源消费比重27%34%43%70% 上述数据仅供参考，以官方数据为准 面临的挑战 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 挑战1： 海量多元用户与电网的双向能源信息交互不足，用户侧灵活资源利用水平低，分布式能源消纳受限 用户用能用电方式单一工商业用户资源利用低效 》规模化互动技术支撑不足》能效管理服务能力不足 >辅助服务市场机制欠缺与电网深度融合的智慧管控和辅助决策水平吸 柔性负荷利用不足，规模效益尚未体现待提升 电动汽车储能潜力难以发挥新型农业产业负荷调节能力欠缺 >轨道交通冲击性负荷逐步恶化电网电能质量》新型农业产业负荷快速增长，调节能力未充分 大规模电动汽车充换电负荷加大局部电网峰挖掘 谷差县域分布式能源发展迅猛，乡镇源荷互动不足 >电动汽车移动储能资源的聚合作用尚未发挥用能成本高 面临的挑战 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 挑战2： 多能源微电网与智能配电网的优化协同技术欠缺，难以支撑碳中和自标下新形态电网构建 配电系统整体数字化和智能化微电网群高度自治等技术还处 水平驱待提高于起步研究阶段 配电数字化和智能化水平呕待提高微电网群与配电网的互动群控技术不足 》配电自主化水平和供电可靠性急需提升高比例分布式光伏、分散式风电存在可观可测适应源荷不确定性的配电网灵活性不足可控、电能质量和安全问题 》微电网群支撑极端环境供电水平欠缺 面临的挑战 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 挑战3： 综合能源互联的规划、运行和低成本互联转换技术仍然欠缺，综合能效和减碳水平驱待提升 多能源系统互联组网技术欠缺电碳计量缺之明确理论基础多能源运维管理难度倍增 多能源系统资源赋和场景多变，互》电碳排放计量未考虑源网荷储特性》生产-消费-市场等各环节多能源闭环 联组网规划难度大优化协调的信息交互难度大 多能源系统出力不确定性，协同控制行业分割的运营管理机制难以满足海 运行难度大量多能源大数据增值服务的需求 新型配电系统技术特征 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 安全可靠绿色高效灵活互动 网架结构坚强、柔性互联分布式电源和新型用能高1分布式电源/储能/微电网 供电可靠性高、供电能力 占比 /EV/需求响应灵活接入，即 强、供电质量高 ■抵御自然灾害和应对突发 ■运行控制可测、全观、可 控和自愈能力强 插即用，即源网荷储高效协同 事件的弹性恢复能力强 资产管理水平高：设备绿 数字技术深度融合 色节能高效、风险和成本量 运行方式灵活可调，多业 化可控、资源（人财物）优 务无缝联动 化配置能力强 市场机制运转高效，利益 相关者有效互动 userid:532115,docid:167859,date:2024-07-11,sgpjbg.com 现代智慧配电网-国家电网公司 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 1998年十一五十二五十三五十四五 国家能源结构电网电源四个革命双碳目标 新型电力系统 调整优化 协调发展 一个合作 20052010201520202025 配电网城乡电网农网供电 建造改造户户通电 智能电网 能源互联网 配电物联网 现代智慧配电网 新时代十年 供电可靠性技术水平网架结构设备运维管理模式 n 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 目标和特征 目录关键技术 CONTENT三发展中的问题 四结语 新型配电系统关键技术 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 1-配电协同规划技术 2-配电自愈控制技术 3-配电资产管理技术 技术新能源消纳可靠性电能质量能效灵活性安全 VV VV V V V VV V V V V V V V V V V V V VV V V V V V V V V V V V V V V V 4-配电设备智能化及柔性配电技术 5-分布式电源与微电网技术 6-配电防灾减灾抗灾技术 7-直流配电技术 8-能源互联网技术 技术 9-储能/DR/EV/DER等灵活性资源市场交易 10-ICT的配电应用 1-配电系统协同规划技术 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 协同规 中低压源网荷储一二次多能互补 划智慧城市多领域 经济 要可靠 求简洁协同 2-配电网自愈控制技术 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 态势感知 灵活性资源与配电网协调>高比例分布式电源 的自愈控制高比例电力电子化 适应多业务主体参与市场 技术要求 交易下的分布式控制电压无功优化技术 >高度融合的数字化 配电态势感知 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 回答配电系统曾经发生了什么？正在发生什么？将要发生什么？可观性 目标：实现配电系统、环境和设备当前状态和趋势的全观，适时协同地辨识风险，保障系统经济可靠运行 配电状态发展趋势态势感知应用 环境信息（气象、突发事件、分布式电源出力、 >KPI >运行控制 灵活性资源预测等）状态变化趋势和关联关灾防应急 运行信息（系统模型实测信息） 状态信息（系统、设备、负荷、客户、EV、分布式电源、储能、系统备用检修运维等交易信息 供电可靠性和供电质量 配电物联系统状态等 系（风险辨识）》市场交易 》潜在风险显性化（诊》计划安排 断结果）》检修运维 》状态预测及对策（可靠》客户服务 性评估等）>事故分析 3-现代配电资产管理技术 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 多利益相关者的资产管理 多样化配电设备的资产全生命周期管理：标准、品控、运维、事故分析、退役一量化评估 配电设备运维新模式 预防性维修一状态检修一自检运维 新技术新材料应用 配电不停电作业技术等 环保气体、绝缘材料、功能材料 配电系统智能运维 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 类脑风险判别模型 作业过程安全风险智慧研判 静态着装类动态行为类安全距离测量械距离感知！声-光融合成像多物理场融合成像作业人员安全状态智慧认知 风险知识推理知识网答 解计 安全知识图谱场景联理解 语义分剂 视基感知 成像分析缺陷解识 成价 解析风险解析成像认知 关知供排 建构 安全风险推理 解析 目标检测动作识别双目深度感知混合深度感知图像配准图像解构自然 超大自然语言文本语富模型 1处理维理预训练 固定监控布控球执法仪 双目摄像头声成像模组红外模组 维基百科安全规章制度 机器人智慧安全帽摄像模组激光雷达电场传感器磁场传感器电力安全文库电力安全先验知识 平面立体全息认知 4-配电设备智能化及柔性配电技术 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 智能化配电设备→一二次融合高度融合的数字配电设备 数字化处理+自我检测诊断+自适应控制+物联网信息融合：电气量+噪音+温度+振动+气象新材料+新功能+新技术. 柔性配电技术一电力电子化装备 >电能质量相关配电技术，如：SVC，D-STATCOM，DVR等 柔性潮流控制设备，如D-UPFC、磁控变压器、变流器、能源路由器、电力电子变压器、软开关、限流器、柔性双向并网设备等 直流设备，如直流断路器、直流变压器等 超高功率密度多端口能量路由技术和设备 4-配电设备智能化及柔性配电技术 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 电力+电子融合设备 小型微型模块功能无线免维热插 化化化集成取能护拔 一台风机400多个传感器 集成芯片化配电终端的环网柜 可靠经济安全易实现 SoCbasedDTU（IP67） DTU Protecti Cond monitor LOI ind onport 5-分布式电源与微电网技术 武汉大学 WUHANUNIVERSITY >多层级多场景微电网群群观群控和群体智能运行优化技术 >软件定义微电网群 >基于分布式能源构网聚合和源荷储集群主配协同的系统惯性响应支撑技术 风电控制终端光伏控制终端储能控制终端分布式电源接入终端 MGC201 微电网中央控制器协调控制器冷热电联供控制终端小水电控制终端 (MGC201) 5-分布式电源与微电网技术：软件定义微电网群 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 云 区域配电云 微电网在线孤微电网自适应微电网并网恢 复 岛划分重构 软件定义微电网群 平台离网状态分析组网规模分析并网条件分析虚拟资源分配虚拟资源分配虚拟资源分配 网架灵活可调 管 无线通信 通信网络 通信网络 通信网络 设备即插即用网络通信 系统主动柔性 网群互联互通边边缘计算边缘计算边缘计算 边缘计算 端 智能终端 智能设备 孤岛检测 数据采集 数据采集 数据采集 智能传感指令执行指令执行指令执行 6-配电防灾减灾抗灾技术 武汉大学 WUHANUNIVERSITY 来源:USDOE/QuadrennialTechnologyReview,2015 Resilience:160 Undefined/otherweather 》灾害预警技术（自然灾害） Wildfires 140 Extremeheatevents 树木、人为破坏、突发事故等 Hurricanes,tropicalstorms 120WinterstormsThunderstorms,highwinds,tornados >灾害评估技术（网络评估、 100 可靠性评估、资源评估等） 抗灾能力提升技术（灵活 性提升、网架增强、多能互补、应急保障能力提升等） 抗灾资源配置优化技术 80 60 40 20 2002002002020020002000000002002002020 Trendsshowsteadil