智能配电网、微电网与分布式综合能源系统发展研究构想与思考

上海电力大学李琦芬二零二四年四月七日 我国“双碳”重大战略背景下，构建“清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同灵活智能”的新型电力系统，已成为能源电力领域的重点任务，支撑着我国社会经济社会高质量发展。 伴随新能源的不断发展，配电网、微电网作为直接部署于用户侧的电力系统关键载体与分布式综合能源系统融合发展，不断构建出新形态、新模式、新技术、新装备。配电网微电网着力柔性化、智能化、数字化转型，已成为新型电力系统建设中最具活力和发展潜力的重要环节 汇报提纲 智能配电网、微电网与分布式综合能源系统发展研究 思考与展望 研究背景 1、新能源可持续发展面临新问题与挑战2、推动新能源发展的底层逻辑分析与矛盾化解3、引发的智能配电网、微电网新技术需求关注 1、新能源可持续发展面临新问题与挑战 新能源发展之路不断拓展 在“双碳”自标下，能源是主战场，电力是主力军，新型电力系统是关键载体 新型能源体系是党的二十大报告中提出的能源新概念，更具系统性、全面性和战略性。 党的二十大报告提出“加快规划建设新型能源体系” 立足我国能源资源察赋，坚持先立后破，有计划分步实施碳达峰行动，完善能源消耗总量和强度调控，重点控制化石能源消费，逐步转向碳排放总量和强度双控制度，推动能源清洁低碳高效利用，推进工业、建筑、交通等领城清洁低碳转型，深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加大油气资源勘探开发和增储上产力度，加快规划建设新型能源体系，统筹水电开发和生态保护，积极安全有序发展核电，加强能源产供储销体系建设，确保能源安全，完兽碳排放统计核算制度，全碳排放权市场交易制度，提升生态系统碳汇能力，积极参与应对气候变化全球治理。 《2030年前碳达峰行动方案》提出，构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统，推动清洁电力资源大范围优化配置。 摘自党的二十大报告北极星 新能源可持续发展面临新问题与挑战1、 当前，新能源发展非常迅速，现有电网无法解决高占比新能源带来的电力电量平衡问题 （1）新能源消纳问题 （2）用户侧灵活可调能力弱 （3）源网荷储多主体难以高效协同互动 新能源低惯量、低电压支撑、低抗扰的特征，增大了系统频率、电压和新稳定问题失稳以及安控策略失配的风险，使得电网电力电量无法平衡。据国网数据显示，2023年当电网中的新能源占比超过23%，配电网承载能力接近极限、出现大量弃风弃光“现象；同年，江苏、安徽、浙江等地甚至出现了“倒送电“现象，给电网安全稳定运行带来极大挑战。 自前用户侧如电动汽车等新型负荷大量接入电网，且存在用户资源无法调控、可调节能力弱等问题，使得电网供用能匹配度低、电力电量无法平衡调节，易产生级联失效风险，影响区域配网安全稳定运行。 面临配电网内涌现的大量分布式能原、新型储能、电动汽车充电设施、微电网、虚拟电厂等多主体、新业态，有效集聚广泛分布的海量元素，实现分层协同自治、源网荷储多主题高效协同互动成为挑战。 1、新能源可持续发展面临新问题与挑战 为解决电网面临挑战、保障供能安全，国家推出系列政策推动新能源高质量发展。 当前，新能源发展面临新挑战 因此，需要我们对智能微电网做出重新定义与思考 技术层面上，2021年国家发改委对“智能微电网”进行名词解释： 智能微电网指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统，通过采用先进的互联网及信息技术，实现分布式电源的灵活、高效应用，同时具备一定的能量管理功能 一般来说，智能微电网是规模较小的分散的独立系统，是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤岛运行。 新形势，在电力市场视角下，“智能微电网”内涵发生深刻变化： 针对新型电力系统中高占比新能源带来的电力电量平衡问题，构建真有智能化电网表征的微型市场主体，在内部电力电量平衡的基础上参与电力系统运营，以缓解配网、主网的电力电量平衡压力、促进新能源消纳。北极星 2、推动新能源发展的底层逻辑分析与矛盾化解 推进电网基础设施智能化改造和智能微电网建设为什么就能推动新能源高质量发展呢？ 口新能源消纳问题是起因口配电网安全稳定是目标口智能微电网与分布式综合能源融合发展是解决途径口电力市场改革中价格机制是手段与牵引 (1)新能源发展的底层开发逻辑的变化与矛盾化解 新能源开发的底层逻辑发生变化，给整个行业的发展带来新挑战，同时解决消纳问题迫在眉睫 现象观察：2023年5月12日，山东电力现货市场出现了连续22个小时的负电价价格区间为-0.085元/千瓦时至-0.032元干瓦时。这种情况在发达国家电力现货市场屡见不鲜，未来在我国也会成为常态。“ 挑战1：新能源的不稳定性导致其无法实时响应电网或者用户侧需求，在电力现货市场中芝竞争力 挑战2：电网企业可以不用再全额收购可再生能源并网发电上网电力 4月1日起施行|发改委印发《全额保障性收购可再生能源电量监管办法》 3月18日，中华人网共图国对家发提和改革要员会令第15号发车，（全银南障性收期可再生能理电量监量办）理2024年2月5日第9要势会议制收遇过，星券公，自2024年4月1日起将行， 国家发改委发布《全额保障性收购可再生能源电量监管办法》，明确2024年4月1日起，电网企业可以不用再全额收购其辖区内的可再生能源并网发电项目的上网电力。 接照国求可再生能累纳保降科制，比重目标等相关现定，这击电力市相关减品承超数美男的电掌，器交爱电量是器通过市场免方式用减价需电量，由普电企业和电动用户等电力电场相关成品其 (1)新能源发展的底层开发逻辑的变化与矛盾化解 问题的化解手段 手段1：新能源行业要实现可持续发展，须从单纯的项目开发向综合智慧运营转型 手段2：推动新能源融合发展，以绿色低碳发展为核心，突出跨界融合、要素融合、产业融合、区域融合，创造新模式和新业态，形成有机价值共生体系 智能微电网与分布式综合能源的创新融合发展(2) 分布式综合能源以场景化、市场化为牵引，以电为核心，功能、形态根据需求和技术变化而不断生长（延拓） 智能微电网以需求为导向，与分布式综合能源融合发展，可聚合形成主动支撑配电网的市场主体，促进配、微电网供需就地平衡，促进区域能源自治。 智能配、微电网与分布式综合能源的创新合发展 微电网、3、引发的智能配、综合能源新技术需求关注 配电网将呈柔性化、数字化、智能化发展趋势 在增强保供能力的基础上，推动配电网发生“四大转变” 关注要点 配电形态 从传统的“无源”单向辐射网络向“有源”双向交互系统（宽时间尺度灵活双向调节能力提升）转变。 配电网发展的关注点正逐渐从供电能力的充裕性转移到电网运行的灵活性上来 配网功能 利益主体 从单一供电主体功能向协调多利益主体综合能源转变产销者”功能定位转变 从单一供配电服务主体向源网荷诸资源高效配置平台转变 汇报提纲 智能配、微电网与分布式综合能源系统发展研究 1、上海电力大学已有研究及平台建设基础2、研究思路3、重点研究方向 智能配、微电网与分布式综合能源是我校很有优势与特色的研究方向 2022-2023 2019-2020 2014-2015 “电网经络诊断一新型配电网拓扑自动辨识系统获得第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞塞全国等奖。光储系统、配电网、综合能源领域项目获得上海科技进步一、二等奖， CCTV节能宣传周推广：国家电网综合能源“于校万楼”重点推广：中国（上海）自由贸易试验区临港新片区综合能源“十四五”规划 杨浦校区微电网示范平台建设（风光储微网示范应用） 综合智慧能源科学研发平台建成使用：中国国际工业博览会创新引领奖，“新能源+微电网”综合智慧能原助力临港低碳示范区建设项目 国家自然科学基金委联合基金重点项目支持：分布式综合能源微网群能量交互随机博奔与优化运行研究 临港校区国家发改委能源局新能源微电网示范项目建设（MW级源网储荷综合能源示范应用）；2017-2018 2023-2024 1、上海电力大学已有研究及平台建设基础 园区级：上海电力大学 新能源与微电网国家级示范 风光储一体化智慧综合能源微电网太阳能+空气源热泵智能热网用户需求侧响应系统校级综合智慧能源研发平台 区域级：上海市临港新片区 钻石型配电网光伏、风电开发规划综合能源站规划临港新片区综合能源管控平台 广域级：五大新城片区 西电东送 面向国家重大战略需求 面向我国碳达峰、碳中和”与构建以新能源为主体的新型电力系统重大战略要求，聚焦综合智慧能源重点发展方向，服务国家、地方、行业经济发展需求，凝练重点科技攻关任务。 任务一：综合智慧能源系统创新构建理论与关键控制技术 任务二：多源多网多能级高韧性电网灵活动态调节技术 任务三：新型电力系统区域源网荷储一体化主动支撑新技术 1、上海电力大学已有研究及平台建设基础 口平台的服务特色与先进性--技术支撑临港新片区现代化低碳低耗示范城市建设 划》，规划了新片区15座综合能源站的建设。为优化综合能源站规模化建设布局及运行能效，平台开展综合能源站多能源设备联合运行半实物仿真及多能源站互联互通运行实验研究，支掌新片区综合能源站建设及运行，提升区域能效及区域近零碳发展， 1、上海电力大学已有研究及平台建设基础 平台的服务特色与先进性--技术服务互联互通新型电力系统及长三角一体化电网 面向上海长三角一体化建设需求，平台开展互联互通数智电网、交直流混联微电网、局域电网及联合新能源、储能系统的多源多网多能级电力系统半实物仿真及实验研究，技术支撑长三角一体化电网建设 1、上海电力大学已有研究及平台建设基础 口平台的服务特色与先进性--技术服务上海双碳、降低峰谷差等系列能源战略 面向上海市碳达峰、碳中和的发展战略及降低峰谷差的长期要求，聚焦“源网荷储”四维度，从科学开展应用研究、适时布局前瞻科技两方面发力 在“智能储”体系方面，开展电动汽车智能充放电控制、集群优化技术攻关及新型储能为核心的源网荷储协同调节技术研究：攻关规模化电氢耦合基础设施优化配置关键技术，在源侧“主动削”方面，加快光伏等新能源分布式多场景开发与应用技术；推进三联供热（冷）电解耦及高效蓄能协同技术在网侧“精准调方面，重点聚焦多形态高韧性电网灵活动态调节技术，攻克基于主动配电网的柔性组网与灵活运行技术，在荷侧“柔性减”方面，研发规模化多元负荷调控聚合控制及弹性支撑技术，攻克虚拟电厂智能调度技术。 1、上海电力大学已有研究及平台建设基础 平台的服务特色与先进性--技术持续推进我国能源互联网及新型电力系统建设 面向我国能源互联网及新型电力系统建设的长期需求，平台开展交（直）流微电网孤岛/并网运行控制实验研究、配电网重构和自愈实验研究、交直流混合配电网实验研究、光储直柔微电网灵活组网及测控实验研究、含高比例新能源/分布式能源有源配电网的电网规划及调控实验研究；SCADA+DCS+EMS多系统联合智慧能源控制实验研究及平台开发，提升新型电力系统规划及调度能力。 电力市场)2、主要研究思路(新能源、 为了提升配网承载能力，吸需创新稳定性理论、网架结构优化、研发智慧运行控制技术、人工智能技术、信息系统及安全防护系统建设以达到配网（微电网-配电网-主网）多层级自治与协同，实现对上级电网的主动支撑 系统层面 微电网层面 配电网层面 分布式综合能源层面 随着新型电力系统建设的推进，配电网正逐步由单纯接受、分配电能给用户的电力网络转变为源网荷储融合互动（有源配网）、协同调控、与上级电网灵活偶合的电力网络，在促进分布式电源就近消纳、承载新型负荷等方面的功能日益显者。 推动微电网建设，明确物理边界合理配比源荷储容量，强化直主调峰、自我平衡能力。挖掘用户侧调节潜力，鼓励虚拟电厂、负荷聚合商、车网互动等新业态创新发展，提高系统响应速度和调节能力。 重点研究结合微电网形成智慧化自我平衡能力，提高规划能力、运行能效，低碳化发展。 涉及装备、