虚拟电厂与大电网三道防线的关系探讨

第二届全国电力市场下虚拟电厂应用发展论坛 演讲主题：虚拟电厂与大电网三道防线的关系探讨演讲单位：国网浙江省电力有限公司 演讲人：裘愉涛 浙江·杭州 2024年7月4日-5日 三目录 大电网三道防线概述 新型配电网三道防线建设现状 虚拟电厂与三道防线探讨 01电厂论坛 大电网三道防线概述 电力系统三道防线控制理念 《电力系统安全稳定导则》-安全稳定标准分为三级：第一级标准保持稳定运行和电网的正常供电；第二级标准保持稳定运行，但允许损失部分负荷；第三级标准当系统不能保持稳定运行时，必须防正系统溃并尽量减少负荷损失 恢复控制黑启动 正常运行故障发生故障元件切除稳定破坏大面积停电 预防控制 自动或调度调整 继电保护动作 （第一道防线） 稳定控制切机或切负荷 （第二道防线） 失步解列频率紧急控制电压紧急控制 （第三道防线） 电网结构继电保护稳定控制解列控制 预防控制安全防护 第一道防线第二道防线第三道防线 Q第一道防线：预防性控制和继电保护 预防性控制：通过改变电网的系统运行方式，增加有功、无功备用容量等方式，满足电网运行 “N-1"要求。 继电保护：有选择的快速切除该故障设备，防止故障进一步扩大，为电网的安全稳定运行奠定坚 实的基础。 电网的运行方式备用的有功无功有选择的快速切除故障 合理安排电网的运行方式安排足够的有功备用和无发生短路故障等事故时，避开不可控的电网拓扑结构功备用应对大电源(尤其继电保护装置应有选择性地和运行状态，控制区间联络是新能源的间歇性)或大负快速动作，切除故障元件， 线输送功率预留必要的安全荷的波动，维持系统频率与隔离故障区域（如断路器拒 稳定裕度，确保遇到N-1事关键节点电压的变化在允许动)，防止事故范围扩大。 故时，不动用稳控措施(特范围内。 高压大容量直流除外)。 第二道防线：稳控系统 稳控系统：判出系统存在稳定事故时按照预定的控制策略，防止系统失去同步、系统频率异常局部电网电压崩溃、某些设备严重过负荷。在保证电网稳定性的前提下，使负荷损失最小。 送端电网切机：切除送端机组，可以显著降低送端电网的加速 能量； 口送端电网新能源电源快速回降/切除：减少送端电网加速能量；口直流调制：提升或回降输电功率 受端切负荷：当受端电网失去部分馈入输电通道或失去大电源 时，切除部分负荷；当地或进方执行控制 口主动解列：主动解列区间特高压交流联络线；改用誉代精路专表源加薪控制票 Q第三道防线：失步解列、频率及电压紧急控制装置 第三道防线是指：系统遇到第3级安全稳定标准规定的扰动事故，如多重故障（开关拒动）、意料之外的连锁反应（母线跳闸引起N-3以上事故），系统出现失步、低频、低压、过频、过压，需要第 三道防线采取措施，防止电力系统崩溃，防止大面积停电事故。第三道防线是由参数越限启动， 多为就地分散配置。主要分包括：失步振荡和解列，低频减载、过频切机，低压减载。 第二届虚拟电厂 口大电网不允许失步状态持续口低频减载作为电网紧急频率 失步振荡列和解 一般在1-2个振荡周期内就要 使电网解列为两个各自能继低频 续保持同步的电网；减载 口解列后的送端电网将出现频率、电压升高，受端电网频率、电压下降。 控制措施，在电网发生事故频率下降时，应能准确可靠切除负荷，防止因频率下降而造成系统瓦解。 新型电力系统建设对第三道防线建设带来的挑战 引发频率稳定问题：随着分布式新能源大规模从低压电网接入，大量馈供负荷线路变成电源送出线路造成传统离线计算的频率电压控制方案负荷控制率下降；新能源电源输出功率具有不完全可控性和预期性，在新能源并网比重较大的电力系统中，在一定程度上改变了原有电力系统潮流流向、潮流分布、线路输送功率和整个电力系统惯量，带来了更严重的电网频率稳定性问题。 120% 600 100% 80% 400 60% 300 40% 200 20% 100 49.8 49.6 49.4 49.2 光伏出力负荷控制率 101525 Time(sec. 低频减载轮次动作，100%和88%负荷控制率下 某电网低频减载装置负荷控制率与新能源出力统计电网频率仿真结果 02 新型配电网第三道防线建设现状 三低频减载技术现状 低频减载现行方案：低频减载装置只判断系统的频率，当系统有功缺额导致系统频率降低，达到频 率动作值，且满足df/dt闭锁条件时便按预定的切负荷方案跳开配电线路开关， 1.仅判断系统频率2.按预定的切负荷方案3.切负荷量依赖于离线整定 即使配电线路处于向“含源量"不断上升，”以分装置未实时采集数据并上系统反送有功功率也布式光伏和风电为主的分布送，在线监测能力差。设计同样切除，这种情况式电源具有输出功率不稳定未考虑源荷频率特性的自适可能更会加剧系统有的特征。忽视配电线路的负应减载策略，不能动态设置功功率的缺额，造成荷特性，将会导致功率缺额减载判据，计算切负荷量频率的进一步降低。估算与实际值误差较大。自适应能力差。 电网频率防线建设现状 频率防线守住难：以杭州为例，近几年分布式光伏装机年均增长80万千瓦，提前两年完成十四五“光 伏倍增计划”。其中，桐庐区域新能源渗透率接近35%，配网线路中有光伏接入的占比52%，导致低频 减载配置分路“含源量"不断上升，频率防线有效切除量逐渐减少，光伏大发时段甚至出现“荷源转换” 分布式新能源爆发式增电力系统遭遇严重故障 长严重削弱电网频率防时，防线配置将无法有 线控制能力，防线守不低明减能动作后效阻止频率下降，防线 住跨网的风险急剧增加失守可能引发类似英国 国家层面时隔多年再次 召开全国电力系统安全 稳定工作会议。 "8.9”、巴西“8·15” 大面积停电事件。 电网频率防线建设现状 专业管理提升难：以萧山为例，虽然区域内工业用户负荷占比超过45%可利用的安全防御资源较为丰富，但由于接近25%的用户内部安装有分布式光伏或储能设备，导致电网下送负荷随天气情况以及储能充放电时间随机波动，频率防线部分时段仍可能处于“欠防”状态。 供电线路频繁变动导致 目前管理人员主要凭借的频率防线配置失效问 工作经验对防线配置进题在离线化管理模式下 行估算，新形势下频率不易察觉，已成为专业 防线传统离线、粗放、管理的薄弱环节，频率 经验型管理模式难以满防线感知及可控能力建 足设防要求。设迫在眉睫。 电网频率防线建设现状 民生用电保障难：杭州2023年底已身超大城市行列，用电负荷呈现明显的大都市特性：一是民生用 户多，民生用电占比32.8%，高于全省10.3个百分点；二是重要用户多，集聚省直党政机关、医院、高 校、交通枢纽等重点保障部门。据统计，杭州全域现有不涉及民生用电的线路占比11.6%，负荷占比仅 为6%，低于低频减载前两轮的配置要求，并且随着产业结构的不断优化这一比例还将持续下降8.8% 杭州都市电网呈现“民电力保供背景下，国网公 生用户多”及“重要用司提出“低频减载前两轮 户多”的“两多”特性不涉及民生用电负荷”保 现有模式下频率防线动供要求，如何兼顾大电网 作将对民生用电负荷造安全生命线和民生用电底 成较大影响。线成为待解难题。 电网频率防线建设探索 构建频率防线多专业协同组织管理模式：省地县一体化，工作机制上从“源、网、荷、储"等要素管 控到目标管控，通过发展、建设、调度、运检、营销等开展全方位的工作协同机制，实现“溯源光伏切 荷留源”、“前移配置精准切路”、“精细管理协同配置”、“低频响应等效替代”。 多专业协同的电网频率防线组织管理模式 管控工作机制管控 要素发展建设调度运检营销目标 新能源授划阶设落运方：核查网源涌源光伏 实精益化设计协调性能、协同奶荷留源 配网自念和频率 省地县一 变电站规动阶段落 公用变电站装置状防线制定低频减配网摄划阶段落实 态信息接入并执行载方案等精益化设计：建设 前移配置 整定值 体 实精益化设计价段接入装置状态精准幻路 信息并执行整定值 继保：负责保护 低频减载一体化配合调度做好负有精细管理 装置运行管理协网配面协同配置 自动化：负责额 电网侧信能规划阶电网侧储能装置状事防线装最状态餐促用户侧结能装 整定值执行整定值 段落实精益化设计态信息接入并执行信息调度端接入状态信息接入并 低店 等效替代 多专业协同 电网频率防线建设探索 频率防线全景智能管控平台：采用数字赋能电网频率防线建设，实现对防线运行状态的集中监视 智能研判和精准控制，并根据实时负荷自动调整防线设置，智能辅助提升管理效率 数字赋能电网频率防线建设 电厂论坛 2023-09-0515:42:37 实现对防线运行状态的集中监视、智能研判和精准控制并根据实时负荷自动调整防线设置，智能辅助提升管理 效率。 可观可控可调 全景智能管控平台展示 电网频率防线建设探索 频率防线源网荷储全要素管理：潮源分布式新能源，实现切荷留源 做法1：溯源分布式新能源，实现切荷留源 届虚拟电厂论坛 500kV乔司艮山供区500kv 220kV塑梅变220kV 110kV 严把分布式分布式光伏低频减载功率10kV 光伏入网关精细化溯源方向判据 分布式光伏多数 经过10kV专线域 配网分布式光机公线井同 保障分布式电源提供线路闭锁功率倒送 故障穿越能力含源量”参考低频减载装置 电网频率防线建设探索 频率防线源网荷储全要素管理：前移配网低频配置，实现精准切路 做法2：直前移配网低频配置，实现精准切路 届虚拟电厂论坛 110kv享耻变 VIB 前移 传统模式下低频 减载配置在变电 站出线间隔 统筹配网故障自愈与低频减载配置由变电站低压新型模式下低用减款 支线间照 电网安全防御建设则前移至配网分支线环网柜配置在配网环网柜分 民生免药工业负育 实现馈线自动化与实现“碎片化” 频率防线协同运行非民生负荷精准切除 电网频率防线建设探索 频率防线源网荷储全要素管理：精细化负荷管理，避免保供情况下各类负荷侧措施交叉造成低频减载防御能力下降 做法3： 对细化负荷管理措施，避免保供情况下各类负对玩同质化管理用户资源，促使高电压 内荷侧措施交叉造成低频减载防御能力下降外等级用户承担电力系统安全责任 精准负荷在保障重要生产负荷用电安全的 控制同时挖掘“沉睡”可控资源 事故限电其他负荷管 序位表理措施标准先行规范用户资源管理模式 低频减载 配置机制创新建立企业协调会商机制 调度+营销联合管理加强沟通确保直连用户信息顺畅 电网频率防线建设探索 频率防线源网荷储全要素管理：一能多用，储能纳入频率防线建设 做法4：一能多用，储能纳入频率防线建设探索将储能纳入电网频率防线建设 2023-09-0515:51:14 虚拟电厂询 利用微秒级同步控制算法 储能资源在大电网功率缺额故障情况下毫秒级响应 红厂储能电站低频响应界面 等效替代低频减载容量 03电厂论坛 虚拟电厂与三道防线探讨 虚拟电厂的负荷调度/可调负荷特性 虚拟电厂对分布式资源的聚合，形成对外提供电能量或者辅助服务的“电厂”，实现电源侧的多能 互补和负荷侧的灵活互动，对电网提供电能或调峰、调频、备用等辅助服务。其负荷调度特性打破了传统电力系统运行模式，以电力供需平衡为自标，将负荷也作为到提供平衡能力的资源来看待实现供需的动态平衡， 负荷调控系统实时调控(DL/T2473)APC等效调节性能 基干调度机构调度控制系聚合商向运营范围内负荷终端下发APC可调节负荷聚合后的统平台部署，交互监视、控制实时指令或计划曲线，具备实时指令或计APC等效调节性能应满足和电力市场等相关数据的功能划值接收能力的负荷终端数量及总容量占所接入调度机构的最低要 和系统级应用。比均不应低于80%。求 实际负荷曲线 功率 虚拟电厂调整量 负荷基线 虚拟发电机组 时等效出力 虚拟电厂调控资源现状及负荷调节需求 目前所建设的“虚拟电厂”所能聚合的资源和真正可调控的资源，只是负荷侧资源的0.1%～3%，电网企业目前只是出于电网安全考虑自己聚合了少量的可控负荷，一方面是“掐尖”，也就是把时间概率最小的尖峰负荷进行了聚合，另一方面是“兜底”，即这部分聚合负荷只是在极端不平衡的