分层分群的电网体系结构与风电入网问题培训讲痤课件

,11/30/2020,#,分层分群的电网体系结构 与风电入网问题,分层分群的电网体系结构 与风电入网问题,1,鉴,于未,来,电网,的,超,复,杂,性,(Extreme,complexity)，,电,网,体,系结构(grid,architecture),的研究至,关,重要,。,它是,整,个grid 的最顶层的描述,(,模型,),。,需,要，,体,系,结构,优,先,。,鉴于未来电网的超复杂性(Extreme complexity,2,互联,（输电,）,系统的体系结构,电网分层分群体系结构,分层分群电网体系的科学性,风光发电的就地开发与消纳,如何实现功率平衡,报告内容,互联（输电）系统的体系结构报告内容,3,I.1,互联（输电）系统中平衡区的概念,1,BN Cohn.,Control of,Generation,and,Power Flow,on Interconnected,Systems M.New,York:,John,Wiley,&,Sons,Ltd,1966:,1-100.,发电和负荷;,智能,控,制,（,如 EMS,）,和通信,。,互联系,统,发电和,潮,流控,制,理,论,1,提,出,了,“,控制,区,（Control,Area）,”,的概,念,，,后来更,名,为,平衡,区,（Balance,Area，,简,记,BA）,，,意指区,域,内电功,率,能够保,持 近乎瞬时的净功率平衡。,BA的定义：,每个,BA,都有,BA,包括如下三个基本功能,：,进行,发,电,/,负,荷调,度,(,D,i,s,p,a,t,c,h,),；,当地的反馈,控,制，用于平,滑,波动；,通过削减,发,电,/,负荷来,缓,解故障,。,I.1 互联（输电）系统中平衡区的概念1 BN Cohn,4,I.2,互联系统,(由若干互联的BAs组成）群集运行规范,各,BAs,按照如下规范工作：,平,衡区,内,发电的,调,节,（,D,i,s,p,a,t,c,h,）,需,要,随时吸,收,其内部,负,荷的变,化,（简称净功,率平衡），即使发生大的扰动也要自行解,决,，并且进行自优化；,平衡,区之,间,联络线上,的,功率均按,功,率交换计,划,（,on,schedule）,工,作,。为了电网的安全运行，,相,对于受端,系,统总容,量,该,计划,值,不,能,太大；为,保,证,B,A（包,括,机组,启停,的约,束,）,的经,济运,行,，该功,率值要相,对,平,稳,（每,天,的数值应,稳,定在少数,几,个 功率水平上）。,天中特高压直流典型日运行曲线（,2017,年）,I.2 互联系统(由若干互联的BAs组成）群集运行规范各B,5,注,1,分布式发电是电力的未来，也是能源的未来。,电网的变,化,已经日益,偏,离,20,世纪电网发展,所,依据的基,本,原理和假,设,。,如果不,指,出,这,些,，会,对,电网的可,靠,性和功能,造,成严重的,不,良后,果,。,发,展的新原,动,力,，主要是,演变中的,用,户期,望,、,新,技术的涌,现、以及,从,大,规模的,中央,经济到,网络,经济的,改,变,。,后者是由连接到配电网边,际,（“the,grid,edge”）,渗透率已增长的分布式能源,（,DER),注,1,和无处不在的通信联系所驱动,的,。此外原动力中还包括韧性不,足和,赛,博攻击威胁的不断增,加。,II.1,电网体系结构改变的原动力,注1 分布式发电是电力的未来，也是能源的未来。电网的变化,6,2 Felix,F.Wu,Pravin,P.,Varaiya,Ron,S.Y.Hui,.,Smart,Grid with Intelligent Periphery for the Future:,Architecture for the,Energy,Internet,(J),Engineering,2015,1(4),II.2,带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想,互联系统群集模式由输,电,向外,围,拓展,置于高压输电系统内的,能量管理系统,（,Energy,Management,System,，,EMS,）,覆,盖了数百个发电机和变电站,，,数十年来在管理和控制电力系统以确保其经济,可靠,的运行方面取得了巨大的成,功,。但是如果将这个系统及其底层的集中式操作,范,式,扩展到配电系统，并扩展到未来网络中成千上万的生产型消费,者,，将导致效,率低 下，是不明智和站不住脚的。,文献,2,提,出如,下的,设想,：未,来的,配电,网,、,微网,、,建,筑单元,（,大楼,、,工,厂和,住,宅 等）与,输,电,系统的差异将逐步消,失,，具有本地发电和双向电力潮流的特点，,都将,配有,EMS,，并,按,照,“,群（,cluster,）,”,的,理念,实现,各,自的,净功,率,平,衡,。,这,里,的,群,就,是 前述的,BA,。,2 Felix F.Wu,Pravin P.Var,7,互联输电系统,区域输电系统A,区域输电系统L,配电网A,配,电,网,M,微电网A,微电网N,建筑单元A,建筑单元O,建筑物群集（Cl,ust,e,r,s,）,微网群集,配电网群集,区域输电系统群集,电网分层分群（群集嵌套）体系结,构,（或,称,集群,的,自然,层,次结,构,）示,意,图,（配电网中也可能直接包括建筑单,元,）,如右图所,示,“,分,层分群,”,输电系统,（,互联电力,系,统,）,是,若干个平衡,区,B,A,（即区域性输,电网-,功,率,平,衡,区,）,互,联起,来,的,群集,（clusters），,每个,BA,是 一,个,集群,（cluster）,注,2,；,每个区域,性,输电网是,若,干个,配 电网互联起来的群集；,每个配电,网,是若干个,微,网,、,建 筑单元组成的群集；,每个微网,又,可以是由,若,干个,建,筑单元互联起来的群集。,注2,网络的基本单,位,集群（Cluster）和,群集（Clusters）。,II.2 带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想,互联系统群集模式由输,电,向外,围,拓展,互联输电系统区域输电系统A区域输电系统L配电网A配电网M微电,8,注,3,需,满,足电,网,的安全,约,束，,如,远距离,输,送风,光,火打捆,电,功率,的,值相对,于,受端,系,统总容,量,不能,太,大；为,保,证送,端,和,受端,平 衡区,BA,的安全（包括机组启停约束的,）,经济,运,行，,该,功率,值,要相,对,平稳。,每个群都有：,发电和或负荷,；,智能控制（EMS）和,通,信,。,每个群也包括如下三个基本功,能,：,进行发电,/,负荷调度,(Dispatch)；,当地的反馈控制，用于,平,滑波,动,；,通过削减发电,/,负荷来缓,解,故障。,各群按照如下规范协,调,工作：,群,内发,电,的,调节,（Dispatch），,需,要,随,时,吸收其内部,负,荷的变,化,（,简称维,持,净,功,率平,衡,）,即,使,发生大的,扰,动也要,自,行,解,决，,并且从,群,的利益出,发,进,行,自,优,化,（selfish,optimization)；,从,电网的总体,利,益出,发,，,各,群（即,区域 电,网）之间,进,行,协,调,，,产,生,群,间,的,功,率,交换计划,（schedule）,注,3,，各群,必,须,履行在此计划中所规定,的,任务。,与互联电力系统中平衡,区,（BA）的概念相似：,II.2 带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想,互联系统群集模式由输,电,向外,围,拓展,注3 需满足电网的安全约束，如远距离输送风光火打捆电功率,9,II.2,带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想,互联系统群集模式由输,电,向外,围,拓展,分层分群,的,概念看似,与,当今的电,力,系统并无,太,大不,同,，,在,许多方面,差,异不,大,。,但 是一个关键的不同是，潮流,不再只是,从大型系统到用户,单向流动,。,（首,先）,配电,系统,或大,电网,上的,大多,数,节,点乃,至,终,端用,户的,电表,都可以,注,入 和吸收功率，并且可以在这两个模式之间平稳地切换。,（进,而）,这些,特,点,，,再,加上,多种,规模,的经,济高,效,的,储能,的到,来，,改变了,这,一 切，至少需要对配电系统及其运行进行变革。,从大系统和批发市场运营商的角度来,看,，他们希望每个,输,电和配电,（T&D）,接,口都可以在充当负荷节点和充当供应节点之间切换运行方式。,II.2 带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想互联系,10,Mung Chiang,Steven,Low,et al.Layering as Optimization Decomposition:A Mathematical Theory of Network,ArchitecturesJ.,Proceedings of the,IEEE,Vol.,95,No.1,January,2007,.,Jeffrey D.,Taft.,Grid ArchitectureJ.IEEE Power&,energy,Volume,17,No 5,September/October,2019.,III.1,电网分层分群体系结构,的,数学基础,依,据,3的网络体系结构数学理论“,Layering,as,Optimization,Decomposition,”，,文,献,4,通过对多种规模高比例DER电网的研究，确认对于分层分群的电网体系结构,能满足边界约束、控制联合与分解以及可扩展性等属性,的,的主要原则是,：,全局协调内部的局部优化,亦即，上述分层分群的电网体系结构,是有数学基础的,。,本质上，所有群,协,作解决一个常见的优化问题，定会产,生必要的协调信,号,。,在局部，每个群,都可以使用协调框架内的本地目标和,约束来执行优,化,。,Mung Chiang,Steven Low,et al,11,电网,被,认,为,是上,世,纪,最,伟大,的,发,明,而,互,联,网,是这,个,世,纪,最伟,大,的,创,新,。,互,联网,是,智能的，可以轻松地适应接连不,断,地具有颠,覆,性的信息,革,命的快速,变,化的情,景,。,在新的电力时代，我们希望电网能像互联网一样智能,化,5,。,研究已表明：,互联网建立在促进技术创新的分层架构,上,，其智能分布在整个网络层次结构,中,；,具有分层,分,群体系结,构,（如,GRIP,）,的电网,像,具,有,Internet,一样结,构,特点和运,行,范式；,基于新范,例,所提出的,具,有智能外,围,设备,的,电,网,（,GRI,P,）像,Int,erne,t,一样智,能,，特别适合服务于将来的电网。,III.2,未来的电网像互联网一样智能,5 LIU,Yanli,YU,Yixin,WU,F,F,et al.,A,grid,as smart as internetJ.,Engineering,2020,6(7):,778-788.,电网被认为是上世纪最伟大的发明,而互联网是这个世纪最伟大的创,12,更好,地,利,用,多,变的,可,再,生,能,源,（,Variable,renewable,energy,VRE,）：,分布,式,运,营,模式,将,最,大程,度地利用多变的可再生能,源,，因为,VRE,的,运营将掌握在当地利益相关者的手,中,，他们对,资源,的 预测，计划（,schedule,）和控,制,有更,好,的了,解,。,为生产型,消,费,者,（,prosumers,）,赋,权,：生产型,消,费者将完,全,控制自己,的,发电和负,载,的运,行,，,并,获,得安装,和,运,行,最高效,的,设,备,的激励,机,制,，,例如太,阳,能光,伏,，电池储能,系,统,，电动汽,车,充,电,系,统以,及,ICT,硬件和软件等,。,与,外围设,备,的,责,任分,担,：,在,新,的数字,化,时,代,，,外围,设,备的,智,能和能力与,电,网运营商在,管,理,其,子 电网方面相,似,，因为硬,件,变得,越,来越,便,宜，,软,件变,得,越来,越,