能源互联网下的源网荷互动体系及应用资料下载.pdf

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局部电网潮流拥挤，窜动不同电压等级可再生能源多点集中接入与分布式分散接入并存34129源-网-荷及信息通信具备了可能性可行性间歇性电源和柔性电源协调，向可预测、可调控发展柔性电网增强了电网的可控性具有与电网双向互动能力、带有“源”和“荷”双重特征的新型负荷的比重呈不断上升趋势；

部分传统负荷也能够根据激励或者电价调节自身的用电需求，具备“虚拟电厂”的特性。

产生柔性负荷的概念：

内涵指用电量可在指定区间内变化或在不同时段间转移的负荷；

外延包含具备需求弹性的可调节负荷或可转移负荷；

具备双向调节能力的电动汽车、储能、蓄能以及微网等。

信息交互完善，源网荷可以感知自身信息和其他个体信息10近年来，随着国民经济的快速发展和现代化程度提高，在京津冀、长三角、珠三角等发达地区的夏季和冬季，空调负荷在高峰、尖峰负荷中的占比已经达到30%，局部超过50%，是对高峰、尖峰负荷“贡献度”最大的电器设备。

2015年江苏全省夏季空调负荷达2700万千瓦，用电峰谷差达2009万千瓦，占全省最高负荷95%以上尖峰负荷（约400万千瓦）持续时间仅占全年用电小时数的0.25%。

全省机组利用小时不断下降，电网旋转备用越来越高。

通过需求侧管理手段“移峰填谷”，是实现电网的经济高效运行、提高电网品质的必由之路。

87608760005000500080008000江苏江苏20152015年负荷利用小时数曲线年负荷利用小时数曲线最高负荷最高负荷95%95%以上仅为以上仅为21.521.5小时小时万千瓦江苏近江苏近55年最高空调负荷变化趋势年最高空调负荷变化趋势19201930280022502700001000100020002000300030002011201120122012201320132014201420152015万千瓦可行性空调负荷已开展实践11有序削峰阶段（执行中）虚拟调峰阶段（执行中）电价/激励型需求响应阶段（起步）紧急需求响应阶段（规划中）主动刚性控制刚柔柔刚柔并济控制电价激励引导合约下紧急控制关停空调主机循环泵等调节出回水温度调节水阀开度调整风量等引导空调负荷转移响应负荷补偿事先签署备用合同快速切断负荷公共楼宇空调负荷参与电网需求响应的公共楼宇空调负荷参与电网需求响应的四个阶段四个阶段可行性空调负荷已开展实践12电网负荷缺口电网负荷缺口楼宇楼宇11楼宇楼宇22电网运行曲线电网运行曲线楼宇楼宇nn空调空调11空调空调22空调空调nn逐逐级级分分解解逐逐级级分分解解削峰区间降负荷降负荷可行性空调负荷已开展实践1有序削峰13楼宇楼宇11楼宇楼宇22电网运行曲线电网运行曲线楼宇楼宇nn空调空调11空调空调22空调空调nn方式一方式一方式二方式二逐逐级级分分解解逐逐级级分分解解负荷曲线负荷曲线调节曲线连续调阶跃调可行性空调负荷已开展实践2虚拟调峰14楼宇1楼宇2电网运行曲线楼宇n空调1空调2空调n方式一：

电价机制（峰谷、尖峰）电价激励方式方式二：

激励机制（可中断补偿）成本评估潜力评估效果测量效益测算公共楼宇群负荷下发反馈双向拟合负荷可行性空调负荷已开展实践3电价激励引导15互联电网互联电网楼宇楼宇11楼宇楼宇nn空调空调11空调空调nn公共楼宇群负荷公共楼宇群负荷特高压故障特高压故障电网扰动电网扰动调度调度中心中心电厂电厂11变电站变电站11电厂电厂nn变电站变电站nn传统调度对象传统调度对象紧急控制紧急控制事件事件紧急调度紧急调度一键式控制一键式控制可行性空调负荷已开展实践4合约下紧急控制16切可中断负荷，AGC（约290万千瓦）提前预测用户用电行为，大量民众外出观看日食景观，少量负荷因日食中断（减少约300万千瓦）0实际日食光伏出力/GW时间0:

0015:

00日食发生60分钟后光伏出力降至500万千瓦，达最低值在此后的75分钟内光伏出力升至2000万千瓦，达最高值5:

00根据需求响应，4家铝厂800MW负荷切出系统运行位于图林根州的欧洲最大抽水蓄能电站由0增至754MW（装机1000MW）系统旋转备用投入约600MW10:

00降低常规电源出力、铝厂重新并网、抽水蓄能电站调整运行大量电力盈余，被其他邻国买走20:

00总共下降约总共下降约830万千瓦万千瓦日食发生前光伏总出力约1330万千瓦209:

45-10:

30下降约590万千瓦10:

30-10:

45下降约240万千瓦10:

45-结束上升约1500万千瓦可行性光伏高渗透下德国电网应对日全食启示一：

提高预测精度启示二：

通过需求响应快速调节可中断负荷启示三：

电网合理规划具有充足的系统备用启示四：

源荷互动加强了电网的弹性恢复能力17二、互动体系二、互动体系互动内涵技术框架调度架构荷互动内涵网源网网荷源荷源源源随源动荷随源动荷随网动网随网动源随荷动扰动扰动响应响应源荷荷源源源随荷动源源源单一可再生能源易受地域、环境、气象等因素影响源多类型能源相关性互补广域互补大型储能平滑波动源随源动源荷荷源间歇性能源功率波动储能、电动汽车等可调度的资源参与电网有功调节空调、冰箱等作为需求侧资源参与电力供需平衡荷随源动网荷荷可控刚性负荷可调柔性负荷需求侧响应负荷网小概率高风险的备用容量不足线路或设备潮流越限荷随网动网网网网小概率高风险的备用容量不足线路或设备潮流越限柔性开放的接入能力调度控制中心对电网进行主动的监视、分析、预警、辅助决策和自愈控制UPFC，VSC-HVDC，SVC网随网动29“源-网-荷”特性及互动行为建模“源-网-荷”互动能力辨识柔性互动环境下的电网分析方法“源-网-荷”柔性互动协调控制策略和技术模型感知控制安全约束时间特性调节范围互动构成时间特性基础理论统一模型技术框架30EMS家族体系架构图能量管理系统架构在“源”侧，为了实现大规模风电场和光伏电站的自律调控，分别有风电场EMS（W-EMS）和光伏电站EMS（P-EMS）。

在“网”侧，为了实现输电网、变电站、配电网和微网等的自律调控，分别有输电EMS（T-EMS）、变电站EMS（S-EMS）、配电EMS（D-EMS）和微网EMS（u-EMS）。

在“荷”侧，为了实现电动车集群、楼宇、家庭等的自律调控，分别有电动车集群EMS（V-EMS）、楼宇EMS（B-EMS）和家庭EMS（H-EMS）W-EMSP-EMSH-EMSB-EMSV-EMSu-EMSD-EMSH-EMST-EMS源网荷EMS族群化31集中式控制的示意图集中式架构集中式架构示意图核心思想核心思想由输电网调度中心集中调度和控制，电力系统运行人员直接给每个负荷发布调控命令。

难点难点需要针对大量用电设备产生控制信号，在实际系统调度中不可行。

能量管理系统架构32分布式架构核心思想核心思想利用嵌入用户用电设备的动态控制器利用智能电表实时监视系统频率并相应地调节用电设备难点难点只反馈本地可观测量，可能出现过度控制或控制量不足的情况，难以实现电网调度的系统级控制目标各局部控制器为达到自身的预期目标，可能使得不同控制器间相互冲突，恶化控制的整体效果分布式架构能量管理系统架构负荷分类1电冰箱、冰柜、热水器负荷分类2洗机器、烘干机负荷分类3电烤箱负荷分类4内嵌加热器负荷分类5照明负荷功率测量装置智能电表频率和功率测量装置MODBUS通信链路协议装换器USB控制器计算机中的智能负荷控制器变频器居民生活用电用户户内网络频率或电价信号输入AC230V50Hz负荷控制信号33核心思想核心思想负荷聚合商负荷聚合商（LA）（LA）是需求响应资源的整合者，通过专业技术评估用户的需求响应潜力，整合分散的需求响应资源来参与电力系统运营。

从系统运营商的角度来看，被看做是一个大型的发电商同时具备集中式架构的整体协调能力和分布式架构的分散自治灵活性，特别适合于居民负荷、商业负荷等中小负荷参与调度运行。

基于负荷聚合商的分层架构基于负荷聚合商的分层架构：

能量管理系统架构调控中心.负荷聚合商1负荷聚合商2负荷群1负荷群2控制层协调层电力系统.本地响应层34能量管理系统架构架构优点缺点适用场景集中式架构直接控制，可靠性高投资较大，且由于受控制信号和通讯通道的限制，不适用数量较多的中小负荷。

用电量和可调容量均较大的工业或商业用户，调度模式为可中断负荷，直接负荷控制，有序用电等。

分布式架构投资小，通信和控制灵活由于只反馈本地可观测量，难以体现系统控制的整体性，可能出现负荷的过度控制或控制量不足，难以实现系统级精确控制。

与电网调度没有直接通讯的负荷，特别是一些居民、商业等中小负荷，调度模式适用电价价值或需求侧竞价。

基于负荷聚合商的分层架构具备集中式控制的整体协调能力和分布式控制的分散自治灵活性，特别是适合于居民负荷、商业负荷等中小负荷参与调度运行由于增加了第三方负荷聚合商，从经济学的角度不可避免会产生新的运行和管理成本。

与负荷代理签约合同的任意柔性负荷，负荷聚合商与调度中心有通讯通道，适用任意调度模式。

三、场景应用三、场景应用大型受端电网故障应急主动配电系统UPFC3536“十二五”期间，800千伏锦屏-苏州特高压直流工程建成投运，1000千伏淮南-南京-上海特高压交流工程、800千伏晋北-南京和锡盟-泰州特高压直流工程相继开工建设。

2016年，随着灵绍直流投产，华东直流受电规模进一步提高至3600万千瓦，单一直流输送功率占到华东电网一般低谷负荷的7%。

锦苏直流满功率双极闭锁时，最低频率约49.53Hz；

宾金直流满功率双极闭锁时，最低频率约49.26Hz。

2017年底前，江苏省内将有锦苏特高压直流（720万千瓦）、晋北南京特高压直流（800万千瓦）、锡盟-泰州特高压直流（1000万千瓦）三大特高压直流。

若发生单回、或多回特高压直流满功率双极闭锁，电网频率特性进一步恶化，严重时可能导致低频减载动作。

大规模源网荷友好互动系统电网大面积停电的风险始终存在37大区互联电网安全运行智能控制系统（简称系统保护）故障感知优化决策协调控制负控系统（刚性可控负荷）主动配电系统（简称主动配网）态势感知虚拟电厂互动优化协调控制需求侧响应（柔性负荷）微电网大规模供需友好互动系统（简称负控2.0）泛在信息通信系统通信信息网安全与管控统一信息建模通过快速切除可中断负荷，应对特高压故障导致的频率稳定问题、断面越限、联络线超计划和备用不足等问题。

1应急模式-毫秒级负荷控制大型受端电网故障应急大规模源网荷友好互动系统大规模源网荷友好互动系统整体架构38大规模源网荷友好互动系统总体功能39大区互联电网安全运行智能控制系统（简称系统保护）故障感知优化决策协调控制主动配电系统（简称主动配网）态势感知虚拟电厂互动优化协调控制需求侧响应（柔性负荷）微电网泛在信息通信系统通信信息网安全与管控统一信息建模常规模式：

通过需求侧响应和主动配电系统友好互动，实现电力系统的移峰填谷和智慧用电。

2大规模供需友好互动系统（简称负控2.0）负控系统（刚性可控负荷）主动配电系统4041主动配电系统实验平台整体结构故障模拟器BS1VSG2PV2负载DE1VSG1LD2SC1BS1WP2SC2V2G2PV1WP1LD1FTU故障模拟器DTUBS1LD3PV3VSC2VSC1V2G1DCSSTLD3故障模拟器FTUFTUFTUFTUFTU