智能微电网助力新型配电系统建设

智能微电网助力新型配电系统建设 李祖毅，IEEEFelloW浙江大学求是讲席教授中国电工技术学会主动配电网与分布式电源专业委员会副秘书长 2025年11月13日 李祖毅教授简介 浙江大学电气工程学院博士生导师 研究方向 能源互联网研究中心执行主任 新型电力系统运行特征的认知与建模融合优化机理的电力系统智能调度加速电力调度的专用优化求解器可信潮源的电力系统碳态势感知适应新型电力系统的电力市场机制可以落地应用的功能性微电网 世界第一个10MW级校园微电网ICM 10MW峰值负荷7个电气环，源网荷储充 世界第一个20MW级互联微电网ICM-BCM 重要负荷包活芝加哥警蔡高总部大楼全电网停电时，互联微电网相互支撑 什么是智能微电网智能电网、智能微电网、关键技术 从智能电网说起SmartGrid 欧洲最早做智能电网：美国奥巴马政府的经济复苏计划美国发展智能电网重点在配电和用电侧推动可再生能 源发展，注重商业模式的创新和用户服务的提升。 中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础。中国的智能电网正在包含越来越多的配电网络成分。 什么是微电网Microgrid 微电网是指“在明确定义的电气边界内的一一组相互连接的负荷和分布式能源，作为相对于电网的单个可控实体” 微电网可以和电网连接，也可以从电网断开，从而使其能够在并网或孤岛模式下运行。 实例：IT微电网 美国能源部2007年资助的7个微电网相关的项目之一世界上第一个10MW级的校园微电网 互联微电网NetworkedMicrogrids 互联微电网是相微电网的集群，它们在物理上相互连接、在功能上相互协调，以进一步利用拥有各种分布式能源的微电网的潜力 多个微电网可以通过公共耦合节点（PCC）连接到配电网从而保证在并网、孤岛和集群模式下的运行。 在极端条件下，一个微电网可以为其他互联的微电网供电，以确保关键负荷的持续供电 纳微电网Nanogrid 纳微电网是一个更小且自给自足的系统，部署起来更快、更容易成本上更容易接受。纳微电网可以连接到更大规模的电网，在外部电网停电时也可以独立运行。纳微电网旨在满足非常具体的目标，其实施遇到的技术挑战比微电网更少纳微电网和微电网之间没有明确的界限。实际上，区分两者的主要因素是面积和容量大小。纳微电网一一般针对单个楼宇，而微电网通常涵盖多个楼宇。 功能性微电网FunctionalMicrogrids 功能性微电网是有特定功能目标的微电网结构形式。功能性微电网可以是 提升新能源消纳的楼宇级微电网 提升供电可靠性的园区级微电网提升供电韧性的物理互联微电网提升负荷灵活性的逻辑互联微电网功能性微电网通过对电力配电网 各进行物理结构和逻辑控制的改造量接尺龟岗的挑战。金布式能源大 未来配电系统的架构 微电网核心技术 底层技术：完整的快速可部署的微网SCADA系统 ·事件驱动型低代码控制器·嵌入式能量管理系统 ·高级应用·基于时序生成模拟的经济可行性分析 ·基于实时数字仿真的技术可行性分析·负荷新能源预测时序大模型的技术·参与电力市场的报价决策支持系统·考虑不确定性的鲁棒优化调度技术 低代码控制器 目标：通过分布式控制器实现电力系统能源及负荷设备的数据采集和智能控制 方案：设计控制器硬件架构和软件架构，设计基于优先级和线程的多任务调度体系。开发标准化的配置文件规则和解析方法，研发快速方程组求解、自动微分等数学计算功能，开发与开源数学求解库的接口，实现自动化的配置解析、优化模型构建、优化求解。与底层通信和功率控制功能结合，实现实时优化控制。 嵌入式能量管理系统 目标：在完成能量管理各功能开发的前提下，实现极致轻量化，并结合低代码控制器实现多能协同、平抑负荷及新能源波动、储能健康管理、优化调度控制等功能。 方案：完成嵌入式开发，并建立与低代码控制器的无缝通道，以图模化方法实现能量管理策略设计，编写标准化配置文件，通过控制器支持的多种协议实现硬件在环的控制策略仿真验证。 时序预测大模型 XMO-TIME的通用性与泛化能力可以实现光伏、风电、负荷的低成本预测 全国77万/6000万个分布式光伏场站，136个集中式光伏电站，100/30万座充电站 电力交易-报价辅助决策系统核心功能 基于时序生产模拟的经济可行性分析 MASSACHUSETTSCLEANENERGYCENTERClean Energyand Resiliency(CLEAR)Program Final Report Concord StreetMicrogrid FeasibilityStudyCityofFramingham,MA 基于实时数字仿真的技术可行性分析 考虑不确定性的鲁棒优化调度技术 技术方案 考虑安全约束的鲁棒机组组合和经济调度模型，通过多时间尺度源荷储协同模型，利用储能平抑新能源出力的不确定性，解决含高比例新能源的微电网日前安全经济调度问题。 多时间尺度鲁棒经济调度模型 实验结果 储能平抑新能源不确定性 微电网实例 园区微电网、社区微电网、互联微电网 IIT微电网 IIT微电网示意图 飞轮储能系统 保障移动数据中心 BCM-ICM微电网集群 BCM-ICM微电网集群 Keating纳微电网 Stuart纳微电网 Crown纳微电网 么是新型配电系统 新型电力系统的重要环节具有中国特色的电力创新 配电网是新型电力系统建设的重要组成 2024年8月2日国家能源局印发《配电网高质量发展行动实施方案（2024-2027年）》 《方案》提出，围绕供电能力、抗灾能力和承载能力提开，结合各地实际，重点推进四个一批建设改造任务，一是加快推动批供电薄弱区域配电网升级改造项目 一是针对性实施一批防灾抗灾能力提升项目三是建设一批满足新型主体接入的项目四是创新探素一一批分布式智能电网项目 什么是新型配电系统 新型配电系统是以支撑能源转型为根本，以满足多元化用电需求为基础、以源网荷储互动为支撑具备绿色低碳、安全高效、智能友好、灵活开放特征的现代化配电网络。新型配电系统不仅是电力输送的毛细血管，更是海量资 源协同的平台和能源价值的实现载体。 新型配电系统是对传统配电系统的一次深刻革命。它不仅是技术的开级，更是理念模式和生态的重构。 为什么需要新型配电系统 配电网面临的核心挑战 高比例可再生能源接入：风电、光伏等分布式能源的随机性波动性对电网带来巨大冲击负荷特性变化：电动汽车储能、数据中心等新型负荷的广泛接入使得负荷峰谷差加剧，预测更难。用户角色转变用户从单纯的消费者转变为“产消者“，既用电也发电传统的被动式单向供电的配电系统已无法适应新发展 需求，建设新型配电系统是必然选择 新型配电系统的关键技术 先进的感知与通信技术（系统的“神经） 高级量测体系（AMI）：智能电表等设备实现用户侧数据的分钟级甚至秒级采集，是系统感知的基础。配电物联网（IoT）：在配电网关键节点（开关站、线路等）部署智能传感装置，实现设备状态和运行环境的全景感知高速、可靠的通信网络：如5G、光纤、电力线载波等，确保海量数据实时安全传输。 新型配电系统的关键技术 智能的决策与控制技术（系统的“大脑） 配电管理系统（DMS）：升级为支持分布式能源即插即用朝流优化电压无功直动控制的智能系统分布式智能与边缘计算：将控制逻辑下沉到台区、楼宇等边缘侧，实现局部源荷的快速自平衡，减轻主站压力。人工智能与大数据分析：用于负荷预测、设备故障预警、非技术性损失识别、电网优化运行等资源聚合技术：聚合海量的分布式电源储能、可调节负荷作为一个整体参与电网调度和市场交易。 新型配电系统的关键技术 灵活的运营与市场交易技术（系统的“规则）分布式电力市场：建立适应配电网层面的电能、负荷、备用等 交易机制，激发用户侧资源参与系统调节的积极性。综合能源服务：提供能效管理、碳管理、电动汽车V2G、智能运维等增值服务。区块链技术：为点对点（P2P）电力交易、绿电溯源等提供可信、透明的技术支撑。 新型配电系统与传统配电系统的区别 微电网助力新型配电系统建设提供核心价值、机遇挑战并存、促消纳保供应 微电网对新型配电系统的核心价值 价值一提升系统韧性，“从“坚强”到“自愈”关键作用：微电网是配电系统的“韧性堡垒”。 生网故障时：微电网可迅速与主网解列，进入孤岛运行模式保障区或内关键负荷的持续供电，将故障影响范围限制在最小。极端灾害下：作为区域性电力孤岛”为应急指挥、医疗救助、避难场所提供核心电力支撑，显著加快灾后恢复进程。对新型配电系统的贡献：实现了从依赖主于网架的“被动坚强 到依托分布式智能的“主动自愈”的转变，是系统安全的重要基石。 微电网对新型配电系统的核心价值 价值二：促进新能源就地消纳，从“远送“到“近用关键作用：微电网是分布式新能源的“高效消化系统 具体体现： 内部优化：通过储能、可控负荷与分布式发电的协同控制，平抑光伏风电的波动，实现新能源在微电网内部的100%消纳或最大化利用。减轻主网压力：减少新能源功率波动对上级配电变压器的冲击，避免 线路功率越限和电压超标，降低主网升级改造成本。就地存储 就地消纳”，是构建绿色低碳配电系统的核心手段 微电网对新型配电系统的核心价值 价值三：激活用户侧资源从“消费者”到“产消者关键作用微电网是聚合用户侧灵活资源的“最佳平台” 资源聚合：将园区内的分布式光伏、用户储能、电动汽车、可调节空调负荷等整合成一个可控的整体。参与市场：以虚拟电厂模式代表集群资源参与电网调峰、调频等辅 助服务或电力市场交易，为用户创造收益，为系统提供灵活性。对新型配电系统的责献将用户从被动的服务对象转变为系统 的积极参与者和价值创造者，是实现“源网荷储”互动的基础。 微电网对新型配电系统的核心价值 价值四：支撑数字化与智能化，从“哑终端”到“智能节点 关键作用：微电网是配电物联网数据的“天然生成器和应用场”具体体现：数据闭环微电网内部部署的智能传感器、控制系统构成了完整的“感知 决策-执行”闭环是配电自动化向未端延伸的完美实践。 即插即用：采用标准化的通信协议（如IEC61850）支持分布式设备的无缝接入和“即插即用“极大提升了运维效率和扩展性。对新型配电系统的贡献：作为配电网的“智能边缘节点”，实现了 局部自治与全局优化的平衡，是配电系统数字化落地的先锋。 微电网发展的机遇 政策支持 2015年7月，国家能源局发布《关于推进新能源微电网示范项自建设指导意见》2021年3月，国家发改委、国家能源局发布《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》2024年7月，中共中央、国务院印发《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》2024年8月国家能源局印发《配电网高质量发展行动实施方案（2024——2027年）》 微电网发展的机遇 政策支持 国家能源局发布《关于有序推动绿电 绿电真连星指风叟 2025年6月满务资质许可管理好服务新型电男累绕设的实施意负 微电网发展的机遇 政策支持 2025年6月，国家能源局印发《关于组织开展新型电力系统建设第一批试点工作的通知》先期围绕构网型技术系统友好型新能源电站、智能微电网、 电力协司虚拟电厂方向开展试点作 批智能微电网项自依托负荷侧资活调控、源网荷储组网与协同运行控制等技术握高智能微电网首调峰，首平衡能力提升新能原首发首比例，缓解大电网消纳压另。智能微电网在开网协议中明大电网的资管理等方面的界面，以及调度控制交互运行、调节资源使用等方面的权利写义。 微电网发展的机遇 ·双碳目标的实现·集中式与分布式结合，大电网与微电网结合分布式新能源的快速发展·海量分布式新能源·新商业模式的出现虚拟电厂，综合能源系统，能量枢纽 微电网面临的挑战 技术挑战-高比例高不确定性分布式新能源 。相对于微电网较小的规模，高比例高不确定性分布式新能源的影