分布式资源主动支撑的新型配电系统多状态运行控制技术报告

赵景涛 南瑞集团有限公司 新型配电系统建设挑战与思考 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电系统多状态可调潜力评估 新型配电系统多状态控制策略 实践探索 新型配电系统建设挑战与思考 大规模分布式资源接入配电网是实现双碳自标，发展新型电力系统的关键举措。新型配电系统呈现"双高”、源荷双端不确定性强、运行状态多变等特征，安全高效运行存在巨大挑战。 新型配电系统建设挑战与思考 新型配电系统运行状态复杂多变，量测布点有限，难以精确感知 挑战一 海量分布式光伏和多类型负荷，呈现源荷双端强波动性，使得配电网多层级运行状态演化呈现突发性和时变性，运行状态无法准确描述。如何建立一套量化体系，特别是配网点多面广，在有限量测下的运行状态划分和量化是难点。 多状态下分布式资源控制需求和控制特性各异，难以精准控制 挑战二 海量分布式资源和柔性负荷点多面广，不同运行状态下可调特性各异，导致运行控制维度剧增：配电网台区-网格-区域多层级运行状态相互耦合导致多状态协同运行控制复杂、多状态控制模式智能切换难以精准掌控 利用重档、分布式储、可调负荷等手段，降低电网运行风险 新型配电系统建设挑战与思考 挑战三 现有配电配网自上而下的控制架构及单一功能的终端装备，难以支撑多状态运行控制 现有的配网调控模式是自上而下确定性调控方式，同时边端的装备存在类型多、功能单一，扩展性不足等问题如何在现有配用电系统技术体系下，突破现有确定性调控方式，并构建海量分布式资源主动支撑配网运行的控制体系是一大挑战。 新型配电系统建设挑战与思考 配电网多状态运行控制：不确定性系统的“确定化”精准管控 新型配电系统建设挑战与思考 以复杂多变系统精准刻画及可调能力精准量化为手段，建立“正常态-警戒态-故障态”多状态精细化运行控制体系，充分调动源网荷直储调节能力，实现海量资源接入的配电网安全、高效运行 1、构建多态精准管控模式 2、新型配电系统状态辨识 正常态，区域经济低碳运行警戒态，挖掘源荷双向协同能力，牵引至正常态。故障态，牵引至警戒态，再至正常态 结合配电网“正常态-警戒态-故障态”的多层级表征体系与综合评估方法，实现区域-网格-台区的运行状态在线辨识 3、新型配电网区域调节能力量化 4、多状态优化与调度控制策略 稳定运行状态下，为配电网运行态可调能力提供量化数据支撑。警戒态下，明确多层级可控资源的裕度，量化可调能力。 建立“正常态-警戒态-故障态”多状态精细化管控架构，提出正常态自治控制、警戒态主动支撑控制、故障态恢复牵引控制关键技术 新型配电系统建设挑战与思考 将新型配电网划分为区域-网格-台区三层，形成“横纵协同、分层分区”双向协同调控，实现区域优化、网格互济、台区自治的控制体系架构。 新型配电系统建设挑战与思考 新型配电系统多状态定义及辨瓣识 新型配电系统多状态可调潜力评估 新型配电系统多状态控制策略 实践探索 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电系统多状态划分“正常态-警戒态-故障态” 将新型配电系统运行状态划分为正常态-警戒态-故障态三种运行状态，从优化措施及优化目标入手分析各运行状态下配电网的运行自标及运行措施 定义：电力系统在正常的负载范围内，运行稳定各个设备均工作正常的状态措施：配电网重构、有载调压、需求侧响应以及分布式资源可调能力等目标：区域优化、网格互济、微网自治 正一常态 故障态基于柔性互 正常态 定义：如果不及时采取适当的控制措施，或者措施不够有效，电力系统会由于扰动进入故障态措施：配电网重构、移动/分布式储能、可调负荷、负荷转供等自标：多级协同、降低风险、安全运行 警戒态 警戒态 定义：电力系统出现供需不平衡，导致系统崩溃措施：主动孤岛、切负荷、网络重构、分布式电源主动支撑、负荷转供等目标：保障供电、快速自愈、主动控制 利用重构、分布式储、可调负荷等手段，降低电网运行风险 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电系统多状态转换场景示例 台区侧三态典型转换场景 网格侧三态典型转换场景 ④线路故障解除，台区转入并网运行 ④上级电网故障解除，网格恢复正常运行 ③网格处于离网独立运行状态，但无法继续独立供电 ③台区重过载运行时间长，故障概率超过阅值 ③线路发生故障，进行了故障隔离和转供，但备用容量和支撑能力有限。 ③台区从并网转为离网，但备用容量裕度和独立供电能力不足 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电系统“正常态-警戒态-故障态”三态最优表征体系 为了快速识别新型配电网台区-网格-区域的多层级运行状态，从备用容量裕度，主动支撑能力、独立供电能力、实时可控性、故障风险概率、供电质量水平和跨层级状态评估，共七个维度评估多层级运行状态。 口2、紧急转供能力 口1、备用容量裕度 口3、独立供电能力 内涵：本层级失去外部供电后的独立供应重要负荷能力。定义：包括负荷供电比例和时间。值越大，独立供电越强。 内涵：本层级应对负荷波动和分布式资源波动的备用能力。特性：备用与额定负荷的比值。值越大，备用能力越强。 内涵：本层级通过转供措施，将层级负荷转移到其他供电电源，线路上的能力。特性：紧急转供能力越大，本层级转移负荷的能力越强。 口4、实时可控性 口5、故障风险概率 口6、供电质量水平 内涵：本层级重要设备发生故障的最大风险既率与允许最大概率的比值特性：值越大，故障风险越高。 内涵：可控分布式电源和负荷的实时可控比例。特性：实时可控比例越大，说明可控资源在线率越好。 内涵：本层级在电压偏差和频率偏差方面的综合质量定义：偏差越大，供电质量越差，越偏向于故障状态 口7、跨层级状态评估 内涵：本层级中处于运行态，整戒态，故障态的下层级的数量占总数量的比例大小特性：跨层级状态评估比例越大，说明处于警戒态和故障态的下层级越多。 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电网“正常态-警戒态-故障态”三态运行状态辨识 为了评估多层级新型配电网运行状态，建立七个维度的详细计算模型，并结合相关政策与标准，确定主观经验取值区间。 备用容量裕度考虑分布式资源影响下层级用容量大小 综合考虑最大电压偏差和最大频率偏差影响下电能质量大小 供电质量 实时可控性 跨层级状态评估 考虑本层级所届下层级运行态、警戒态和故障态占比大小 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电网“正常态-警戒态-故障态”三态运行状态辨识 从模糊规则和神经网络出发，结合新型配电网运行指标取值区间对未来时段配电网各指标运行状态划分考虑典型配电网运行场景，建立基于未来运行状态的多层级新型配电网运行状态综合辨识 运行状态辨识 典型配电网警戒态场景 局部电压越限：配变、主变最大电压偏差超过7%变压器/线路满载运行：最大负载超过设备额定容量80%故障风险：主变、配变故障风险率高于40%转供能力不足：层级缺乏转供开关，且故障风险率指标处于故障态频率偏差越限：主变、配变、主馈线频率偏差高于0.5hz备用容量不足：备用容量近似为0处于警戒态/故障态下层级过多：处于故障态和警戒态的下层级比例超过60% 典型配电网故障态场景 依据配电网各指标计算公式得到当前时段配电网各指标运行数据;2、将步骤1中数据作为模糊神经网络前件网络的输入进行评估；3、将未来时段配电网各指标运行数据依照前文所提修正区间划分至相应运行状态4、将步骤3中的值作为模糊神经网络的后件网络的输入进行评估 局部电压越限：配变、主变最大电压偏差超过10%变压器/线路满载运行：最大负载超过设备额定容量1.25倍故障风险：主变、配变发生故障电压畸变率过高：畸变率超过5%频率偏差越限：主变、配变、主馈线频率偏差高于1hz备用容量不足：备用容量小于0处于警戒态/故障态下层级过多：处于故障态和警戒态的下层级比例超过80% 新型配电系统建设挑战与思考 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电系统多状态可调潜力评估 新型配电系统多状态控制策略 实践探索 新型配电系统多状态可调潜力评估 新型配电系统多状态下的可调资源分布 新型配电系统多状态可调潜力评估可能够后续制定系统控制策略提供必要的边界条件。各个运行状态下的可调资源类型、调节特性及其运行要求也不相同在资源侧的聚合基础上，还应考虑配电系统网侧运行条件对调节潜力量化的限制。 新型配电系统多状态可调潜力评估 资源侧负荷聚合集成模型 提出考虑用户行为不确定性的负荷聚合框架，构建聚合负荷容量和不确定性之间的量化关系，根据可靠性指标对不同时段用户的优先选择性进行排序，对用户侧分布式资源进行聚合，提高负荷聚合的可靠性。 基于均匀分布的负荷聚合 量化关系 基于IQR的聚合方法：基于X,的IQR排序基于Ratio的聚合方法：基于X的IQR和中位数的比值排序。IQRi,tMdeiani, 构建聚合负荷的容量和不确定性之间的量化关系 基于正态分布的负荷聚合 ·正态分布的聚合服从正态分布·提出基于梯度优先的聚合方法Ajui,tmt=argmaxAvari,t 新型配电系统多状态可调潜力评估 资源测负荷可调潜力量化模型 在负荷聚合的基础上，分别针对温控空调负荷与电动汽车负荷，利用温控负荷功率与温度映射的关系以及用户充电功率与时间之间的映射关系，搭建资源侧负荷可调潜力评估模型 建立用户功率与温度间的映射得到用户在温度7下的温度-功率可接受区间-]·根据用户实际运行功率，确定可调潜力区间[0,Pimux]Pa.sQl, 建立电动汽车用户功率与时间之间的映射关系，根据电动汽车用户的实际运行功率，对其可调潜力进行定量评估，确定功率可调节上下限 新型配电系统多状态可调潜力评估 考虑网侧运行约束下配电系统调节能力量化模型 算例分折 在明确配电网中资源测可调资源对应的自身调节潜力的基础上，考虑配电系统网侧的运行安全约束，以最大化配电网动态可承受极限为目标函数，量化配电系统整体的可调潜力。 优化模型及约束条件 储能系统约束 可中断负荷约束 分布式电源出力约束 PLAmePpPLKPLyeA A.2wnp03lcos.pt/pxy+yscosom Pla"PuPOn'≤O≤OSOcay /= SOCas, + PareArJte, Pa-,>0 潮流约束-DistFlow潮流方程 配电网可承受运行约束 台区变压器功率传输约束PnSP,-p'sPa..系统电能质量约束U≤U,≤UxRs 为配电系统的多状态控制策略提供运行边界条件 新型配电系统建设挑战与思考 新型配电系统多状态定义及辨识 新型配电系统多状态可调潜力评估 新型配电系统多状态控制策略 实践探索 新型配电系统多状态控制策略 新型配电系统多状态控制架构 新型配电系统多状态控制架构包括正常态自治控制、警戒态主动支撑控制以及故障态恢复牵引控制策略 新型配电系统多状态控制策略 新型配电网正常态分区自治--新型配电网区域划分策略 为了实现新型配电网的正常态自治控制，考虑配电网自身的电气特性以及分布式资源波动性对配电网区域划分，分别根据潮流追踪和电耦合强度评估配电网节点的耦合程度，实现配电网的动静态混合分区。 动静态混合分区策略 口分区自治的核心：将较大规模的配电网→划分为若干个“区域内强耦合，区域间弱耦合“的子区域。 动态分区策略 光伏出力较大时，考虑光伏能量分配状况，基于潮流追踪进行分区S(g.o)=U(g)K(g.oU)s0)E,min(ws,w)P(g,1)Wg.l)=P.=,max(w.-w..) 静态分区策略 光伏出力较小时，考虑电网的电气特性，根据电耦合强度进行分区E, -aC,+βY, 新型配电系统多状态控制策略 新型配电网正常态分区自治 在新型配电网分区的基础上，考虑了配电网的潮流约束、储能装置约束、光伏出力约束、无功补偿约束等运行约束，建立了一个以最小化配电网网损为目标的分区自治优化模型，并将其解耦为若干个可分布式求解的子