数智赋能新型电力系统分布式智能电网技术体系研究

目录1、研究背景与意义2、分布式智能电网的价值定位和内涵3、分布式智能电网的理论框架4、分布式智能电网的技术体系与关键技术5、分布式智能电网的典型应用场景 1.1 相关政策背景2022年4月26日习总书记在中央财经委员会第十一次会议首次提出发展分布式智能电网为未来配电网发展指明了方向2023年7月11日，习总书记主持召开中央深改委第次会议，会议指出要加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统2023年12月欧盟委员会发布《欧盟电网建设行动计划》指出欧洲电力网络必须朝“更智能更分散、更灵活的方向迈进2024年2月29日，习总书记在中共中央政治局第十一次集体学习中强调要适应能源转型需要，进一步建设好新能源基础设施网络，推进电网基础设施智能化改造和智能微电网建设2024年3月1日，《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》指出要建设满足分布式新能源规模化开发和就地消纳要求的分布式智能电网，实现与大电网兼容并存，融合发展 1.1相关政策背景2024年9月18日，国家能源局网站发布：关于政协第十四届全国委员会第一次会议第01856号（工交邮电类265号）提案答复的函国能提电力[2024122号：国家能源局高度关注积极支持分布式光伏新能源开发利用下一步国家能源局将针对分布式光伏做以下工作加大配电网开级改造力度：制定分布式光伏相关规范：推动分布式新能源就地开发利用：推动分布式智能电网由示范建设到广泛应用要推进分布式智能电网等电力系统新业态健康发展，基干分布式新能源的接入方式和消纳特性，建设满足分布式新能源规模化开发和就地消纳要求的分布式智能电网，实现与大电网兼容井存、融合发展。大电网要为分布式智能电网接入公共电网创造便利条件，简化接网程序，双方要明确资产，、管理等方面的界面，以及调度控制、交互运行、调节资源使用等方面的权利与义务。下一步，将指导各省（区、市）在大电网未端、新能源富集乡村、高比例新能源供电园区等区域探索建设一批分布式智能电网项三 1.2源荷储发展新趋势带来的挑战）发电侧分布式发电规模快速扩大：近年来新能源发电规模快速扩大，尤其以分布式光伏为代表的分布式发电呈现爆发式增长。未来我国分布式发电占比将稳步提高成为电力供应的重要力量2024年底，全国分布式光伏装机3.7亿干瓦同比增长48%占全部光伏发电装机的42%瓶颈与挑战双高三性特性逐步显现电力电量不平衡问题凸显：高比例新能源接入、高比例电力电子设备应用“双高“新型电力系统，新能源带来的随机性、波动性，间歇性和电力电量不平衡问题凸显传统调节手段不足：传统电源侧灵活调节能力不足，断面或通道受限，导致新能源消纳受限数据来源：《中国南方电网二O二四年新能源运行总结分析报告》《中国电力行业年度发展报告》，UsEnergyInformationAdministration 100%90%美509%40%30%20%10%201720186102202020212022我国与其他国家新能源发电份额（%）对比 1.2源荷储发展新趋势带来的挑战（）负荷侧新型电力负荷高速发展：以电动汽车为代表的新型负荷快速发展产消一体负荷大量涌现，多主体随机博奔与电网互动增强瓶颈与挑战负荷不确定性与预测难度增大：电动汽车等新型负荷涌现，预计2050年左右，电动汽车负荷极端情况下甚至超过传统负荷之和智能可控能力不足：智能电表主要实现计量自动化，负荷侧智能管理和控制水平不高灵活性挖掘不足：现有需求响应市场准入门槛高，分布式电力市场处于起步，激励传导作用有限，用户用电与电网需求侧管理利益不相容 1.2源荷储发展新趋势带来的挑战（三）储能储能应用场景丰富：主要针对集中式大型储能面向新能源消纳和系统调峰调频场景，部分省份已建立储能参与电力市场规则瓶颈与挑战驱需体系化架构和大规模集群调控方法：储能单元数量庞大响应特性各异、需求多样化，储能单元组的分解调控难以兼顾安全性问题尚未攻克：锂电池储能火灾安全事故危害大传统预警与消防手段缺乏有效性，储能安全分级评估体系未建立使用效率有待提高：使用率不高，新能源配储等效利用系数仅为6.1%，储能电站能量效率为80%-85%数据来源：《新能源配储能运行情况调研报告》中关村储能产业技术联盟，天风证券研究所 数智赋能新型电力系1.3现有配电网的发展瓶颈（）安全充裕方面供电可靠性不高：与国际先进水平相比，当前我国供电可靠性还有很大的提升空间，城市和农村差距较大2024年全国城网用户平均停电时间1.99小时/户，农网用户平均停电时间7.46小时/户极端情况下生存能力不足：自然因素是故障停电占比最高的原因（占比31.03%）持续时间长，社会影响大配网应急预警和主动预防能力需加强网络安全隐患显现：微网、虚拟电厂、主动负荷参与等新型模式涌现，敏感数据存在风险，网络攻击风险加大数据来源：TheWorldBank数据库《2024年全国电力可靠性年度报告》 1.3现有配电网的发展瓶颈（二）经济高效方面投资效率偏低：配网改建设备节能和数字化改造储能等投资成本高，但资产利用率偏低运行效率仍需提升：存在负荷不匹配，线路过长，部分线路线径偏小无功补偿不足等问题，线损率仍有下降空间智能化水平不高：智能台区建设覆盖率低终端感知能方不足，智能终端双向交互水平低，生产业务智能化程度低集中式架构下通信与决策难度增大：传统集中式架构难以适应海量数据的接入与处理，难以直接调度海量可控负荷数据来源：中金研究院，华经产业研究院，《南方电网公司数字生产“十四五”行动计划》 1.3现有配电网的发展瓶颈（三）清洁低碳方面分布式新能源井网受限电动汽车充电困难：新能源高比例接入配电网后对继电保护，供电可靠性、电能质量等方面带来严峻挑战。配电网长期以来发展粗放，基础薄弱，在分布式新能源电动汽车等新兴产业高速发展下，服务保障民生用电和绿色低碳发展能力明显不足分布式发电可观可测可控能力久缺：现阶段分布式光伏的可观能力极为欠缺，户用光伏主要通过计量自动化系统将日冻结电量数据转发至调度，目前可采集日电量户数占比68.68%，未建立分布式新能源运行可观体系数据来源：《中国南方电网二一二年新能源运行总结分析报告》 1.4技术发展带来的新机遇新一代电力电子技术与设备助力配电网安全运行与柔性互联自动化技术显著提高管理效率：配电自动化覆盖率达到90%，配网自愈覆盖率52.75%全国各地区基本实现了智能电表全覆盖数字化技术有效支撑透明电网：智能终端与传感技术实现设备终端信息采集，边缘计算技术实现终端侧算力增强，物联网通信技术实现边缘信息传输：数字李生实现全生命周期状态评估与预测智能化技术支撑能力显著增强：人工智能技术推动知识自动化智算能力提升有效支撑人工智能技术发展数据来源《中国智能电表行业发展前景与投资战略规划分析报告》 《南方电网公司数字生产“十四五”行动计划》 1.5分布式智能电网建设的必要性与意义“双碳”目标下建设新型电力系统的重要内容充分适应新型电力系统源荷发展的新趋势，突破现有配电网发展瓶颈配电网是新形势下电网安全可靠供电的关键制约，需要从根本上提升电网安全可靠用电水平把握数字化智能化技术发展带来的新机遇，形成互济平衡、柔性组网、灵活互动、智能协控的新型配电系统 目录1、研究背景与意义2、分布式智能电网的价值定位和内涵3、分布式智能电网的理论框架4、分布式智能电网的技术体系与关键技术5、分布式智能电网的典型应用场景 2.1分布式智能电网的内涵与价值分布式智能电网核心内涵是，以海量分布式资源为主体，具备较大程度电力电量自平衡能力（分布式电网）和智能化水平（智能电网）能够与大电网灵活协同的配用电网络分布式电网一一相对于集中统一的大电网以分布式资源为主体，具备相对独立运行能力智能电网当前配用电系统的智能重构，数字化，柔性化，智能化升级，全面可见可知，可控关键特征互济平衡柔性组网电力就地自平衡柔性互联分层分区自组织先进电力电子技术分布式协同互济故障隔离与恢复 灵活互动智能协控供需互动全过程智能多元主体互动主配协同新型商业模式源网荷储一体化 2.2分布式智能电网的属性多种分布式主体分布式发电分布式储能物理属性分布式主动配电网、分布式微电网、分布式能源用户等互济平衡技术各个集群充分利用自身资源技术属性运用储能调控、柔性互联等技术实现电力电量的快速场同互济核心目标：安全充裕价值属性提高供电可靠性提升系统韧性保障信息安全 分布式组织架构以分布式单元为基本单位海量分布式单元柔性对等分层集群地组织在一起分布式感知与优化技术多个集群实现对整体系统状态的分布式感知，相互协作并共同完成整个系统的优化与控制目标重要目标：经济高效提高系统运行效率与经济性降低对基础设施建设的要求提升系统运行灵活性 灵活调节电力潮流系统频率提高系统频率恢复速度和稳定性数字化智能化技术依托先进测量、物联网、大数据、人工智能等技术实现灵活智能的调控运行，具有自学习的特征发展目标：清洁低碳推动能源低碳转型提高终端部门电气化率减少碳排放 幕金伦电专颖辉数智赋能新电市乐练2.3与其他相关电网概念的区别概念驱动力智能电网技术升级智能配电网电网内在升级主动配电网能源转型微电网局部区域供电能力小范围电力自平衡新型电力系统建设分布式智能电网经济+绿色驱动 全空电专抢玩2.4分布式智能电网组织架构分布式单元是进行潮流组织的基！以“柔性环网”为基本网架形态，采用本单位，多个邻近分布式单元可合环设计，柔性互联运行”的思路以组成分布式单元集群集群B集A集群C组织方式网架结构分布式单元集群建筑集电动汽车非资源外部能至交换分布式内部多发电能万补分布式储能配电设备分布式单元“分层集群”组织方式 电脑“柔性互联“网架结构 TEH手接变电站 单元控制器进行自律优化控制集群控制器协调分布式单元进行协同优化控制疗高优化控用控制框架制器单开轻制者单在控制器自车优化前下分择甲木博控制器本地控科器大间的信息交车卓控制器间本地性制案的单生切调控制一单元控制器之可的信是受互集的控制器应单元轻制器的更中协控制分布式自律-集中协调”控制框架17 目录1、研究背景与意义2、分布式智能电网的价值定位和内涵3、分布式智能电网的理论框架4、分布式智能电网的技术体系与关键技术5、分布式智能电网的典型应用场景 3分布式智能电网的理论框架（）分布式智能电网的理论与科学方法分布式单光建模与分布式集群划分与协同理论交互理论分布式单元建模动态聚合与等值模型驱动集群效应数据驱动潮流自组织混合驱动集群生态理论“力+算力”的分布式单元协同系统平衡分布式感知集群效应与中心分布式调控调控融合 3分布式智能电网的理论框架（二）分布式智能电网的理论示例：分布式智能电网建模理论净难点不确定性因素增多，源荷不确定性及多元主体博奔等，给传统基于确定性准则的电力系统建模带来前所未有的挑战组成对象复杂，机理不明晰：建模对象拓宽至电网以外的大量第三方生体，对象种类繁多运行特性迥异，机理不明晰建模思路：分层建模分布式单元内部元件建模方法：“数据-机理”混合驱动建模法分布式单元的划分方法：构建典型计算场景，以分布式单元间平均电力传输功率，波动性程度等为目标函数进行多目标优化分布式单元集群的划分方法：建立反映集群效应强弱的多维指标并根据指标实时动态优化集群划分策略 层次划分 3分布式智能电网的理论框架（三）分布式智能电网的理论示例：分布式单元协同理论分布式态势感知基工分布式感知网络理论部署广泛的传感器和采集设备，形成庞大的感知网络，各分布式单元通过边缘计算等方法初步处理传感网络的实时信息分布式优化与控制：通过多源信息融合虚拟场景推演等方法表征源网荷储各类要素不确定性，通过分布式优化通过将全局优化问题分解成多个局部问题并在各子系统之间协调实现寻优以制定各分布式单元的调控策略 多智能体协作滤波算法层间协同 分布式感知分布式平均共识算法致性算法分布式最小一乘估计最少的语息私有数期和变量信息信息保密性好信息交换可以具在上手级下级控制择制中心之间中心1进行信息传输谐经简单 分布式优化与控制对偶分解算法最优性条件分