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能源互联网时代,主动配电网规划现状如何?有哪些理论研究?

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2022-08-18  来源:盛夏财经  浏览次数:231

能源互联网时代主动配电网大规模投资建设,亟需合理、适合的规划模式才能充分发挥基建设备利用率。无理的规划方案不仅无法满足用户及电网发展的必然要求,还会出现线路铺设冗余、电网基建设备资产闲置等众多问题。现阶段,主动配电网规划主要考虑静态网架规划,变电站规划,变电站-网架综合规划以及多阶段配电网扩展规划。
 

 

 

针对ADN分布式电源的间歇性以及负荷的不确定性,其规划目标主要基于网络升级改造费用、网络损耗费用、停电损失费用等年综合费用。对于考虑DG的多阶段配电网规划,赵立军研究了分布式光伏与储能的联合规划特性,生成光伏、负荷的典型运行场景,得到了满足配电网需求的光伏、储能电池的规划方案;

 

 

蒋会哲综合考虑电源成本、网损、环境成本等因素,以总成本最小为目标,建立了可再生能源在配电网接入节点和容量后的选址定容优化模型;为提高分布式发电消耗比,Fengming进行了风速、照明强度和电网负荷的不确定度分析,以年综合成本最低为目标函数,进行了分布式发电位置和容量规划模型;J.Rajalakshmi在含DG的配电网中建立了以网损功率最小、能源成本最小、经济和环境效益最大的配电网规划模型,用于确定DGs的选址定容。

 

 

针对考虑“源-荷”协调的主动配电网投资规划研究,曾顺奇以配电网年综合成本最小为目标,构建ADN多层优化规划,通过对内部DG、可中断负荷、现有网架结构的协同优化,保证了电网设计公司最大盈利;姜琦借助电力系统“源---储”一体化思想,建立了考虑ADN综合运行成本的扩展规划模型,实现了新能源高消纳和社会效益最大化的双重目标;

 

 

MingWu通过负荷以及EDG发电的时序性特性,从投资水平和运营水平两个层面进行主动配电网投资规划部署;ChangsenFeng以“源---储”利益最佳和投资运营成本最小化为目标,构建ADN的多阶段长期扩建规划模型。

 

 

综上所述,当前主动配电网负荷需求管理机制与投资规划方案的相关研究已经取得了相对可喜的成果。然而,伴随能源互联网时代发展,主动配电网内部呈现多元柔性可控负荷,传统意义上的主动配电网规划研究还存在如下问题:当前考虑用户意愿对主动配电网负荷控制影响大多只集中于单个柔性负荷接入后影响,缺乏对于微电网充放电、电动汽车多类型用户负荷柔性控制分析;传统主动配电网规划仅依据负荷预测结果直接进行线路的规划设计,规划建设成本较高,资源利用效率差、浪费现象严重。

 

 

能源互联网视角下的主动配电网规划理论基础
 

 

 

主动配电网基本概念。为降低对化石能源的依赖,提高可再生能源高渗透率比与高效利用率,ADN以其供需双侧主动管控特征,掀起了智能电网发展新浪潮。主动配电网充分利用可控柔性资源,逐步满足对电源侧的主动规划、管控,改变了传统配电网被动的运行、管控模式。主动配电网的核心特征在于有源性与主动性,有源性表示为其包含的风电机组、光伏发电机组、储能设备等分布式能源;

 

 

主动性主要体现在其对网架内各类资源的主动控制和协调管理。在电源侧,并网型微电网内部利用可再生能源自给供能,功率不足时向ADN购电,功率富余时蓄电池充电或向ADN输电;在用电侧,结合用户对用电满意度的不同需求,对电动汽车接入数量与微电网负荷进行调度管控。

 

 

主动配电网主要特征。能源互联网是由分布式能源发电系统、能源传输、能源协调运行系统以及智能电网数据管理、信息采集等多系统构成的能源互联平台。能源互联网视角下的主动配电网内分布式可再生电源、电动汽车、储能等可调度负荷资源剧增,对传统配电网投资规划带来冲击,如何实现多源电力负荷间互动平衡与协调规划;大量负荷资源分散性接入电网,使得能源管理模式发生改变,如何提高供用双方高度配合,都是当前ADN发展关键性研究。

 

 

相较于传统配电网,能源互联网背景下的主动配电网具备如下特征:(1)能源资源多元化能源互联网背景产生大量分散性可调度负荷能源。其中发电侧包含以风光为主体的清洁能源、储能/电动汽车/微电网等“源-荷”两用类负荷;需求侧包含可中断负荷、可转移负荷、电动汽车、储能等智能负荷。这些电源与负荷多具备灵活不确定型特征,加大了ADN规划负荷预测与发电预测的工作难度。

 

 

(2)能源管理更加高效主动配电网规划过程中产生大量负荷及用户行为信息数据,能源互联网依托信息网络,基于云平台、大数据平台、区块链技术灵活管控可调度负荷资源,积极开展供给侧分布式清洁能源的高消纳、需求侧智慧用能以及电力增值服务,使得供需双方能源资源管理更加灵活高效。

 

 

(3)电网结构更加灵活传统的主动配电网规划大多采用预测最大负荷方案规划法,这种规划方案未考虑可调度负荷资源的削峰填谷作用,预测未来饱和负荷后直接进行选址定容,造成局部电网投资浪费。新形势下的ADN具备灵活自主管控能力,借助能源互联网信息平台,根据用户实际用电需求,适时适量接入DG、储能补偿装置。同时,实时预测DG出力调整节点电压,在保障电力系统稳定运行的基础上实现网架的灵活重构。

 

 

(4)负荷调控更加智能能源互联网综合运用先进的信息技术与智能管理技术,提高了主动配电网电力系统内各电能量节点关联度,实现了能量的双向互动。ADN借助能源互联网平台对“源-荷”两侧的可调度资源进行自主协调调度,实现资源协同互动和资源的智能化柔性管控。

 

 

(5)能源价值得到提升主动配电网内存在多元可调度负荷资源,通过依靠能源互联网物联网、互联网、高级量测技术、大数据技术的普及和应用,供电企业可以通过分析用户行为特征,实现用户节能与电价定制服务,提高可再生能源高渗透率与用能价值。

 

 

主动配电网负荷预测理论基础

 

 

传统配电网负荷预测。负荷预测指配电网设计公司通过实地勘察、收集、整理规划区域内空间地理信息以及历史负荷相关数据信息后,分析日前负荷发展趋势,通过搭建科学合理的预测模型进而推测出未来用户用电信息的过程。确保主动配电网负荷的精确预测,是保障配电网供用双侧电力平衡的基础,为后期配电网设计网架、电源以及变电站的选址定容提供了强有力的技术支撑。

 

 

同时,对电网企业、电网使用者的经营决策提供信息和依据。根据预测周期时长,传统配电网负荷预测可划分为四大类:预测周期小于1h的超短期负荷预测、预测周期1d/week的短期负荷预测、周期以月或年为单位的中期负荷预测、预测未来5年以上负荷发展趋势的长期负荷预测。不同类别、不同时限的负荷预测其影响因子与方法选取大相径庭,因此,实际ADN负荷预测过程中,只有结合实际情况综合考虑规划区域供需要求,才有可能使得预测结果更贴近实际。

 

 

主动配电网负荷预测。传统配电网负荷预测大多仅收集用户侧单侧相关负荷信息,然而,主动配电网由分布式电源、电动汽车、储能设备等源性负荷资源以及可调节负荷资源组成。因此,传统配电网负荷预测流程,主动配电网负荷预测流程存在较大差异性。

 

 

从预测角色角度出发,主要包含对微电网内风、光、储、电动汽车的源性负荷进行发电预测,以及对常规用户、工商业用户等常规负荷预测。从负荷预测流程来看:第一,确定预测对象。由于主动配电网内存在多种用电类型,且不同用户需收集数据存在较大差异性。因此,针对区域电网中负荷总体构成,采用分层分区的方法进行负荷预测。针对风光储等源性负荷,主要考虑气象、节假日、生产计划等外部数据与负荷本身调节能力;针对常规用户负荷,主要考虑各可调资源的运行状态与调节能力历史数据。

 

 

第二,构建主动配电网的多类型负荷预测模型。由于各类别可调节负荷资源存在较大差异性,因此,为今后主动配电网负荷预测模型研究中,需要针对多类型用户用电差异,构建适应于自身用电特征的负荷预测模型,以保证测结果准确度。第三,预测方法选取层面。由于基于需求管理的主动配电网负荷存在较大差异性,因此,多采用空间负荷密度法,以规划区域地理位置为网格化,分层分区构建负荷参与电网调节的可调节负荷资源预测模型。

 

 

主动配电网负荷调度理论基础。为提高能源行业能源利用效率,需要在主动配电网规划过程中考虑针对需求侧管理的负荷调度机制。需求侧管理通过分析终端用电行为信息,实现高效用能的一种用电管理活动。基于需求管理进行的负荷优化调度在保证电网安全稳定运行的基础上,保障了多方利益主体获利。考虑DSK的主动配电网规划,可有效提高电网基建设备利用率。

 

 

主动配电网需求管理分析。电力需求侧管理主要由以实时电价、分时电价、阶梯电价为主力的价格引导机制和通过补贴与时段优惠手段实现负荷转移的激励引导机制两部分构成。受用户用电意愿的影响,主动配电网不同用户对需求管理机制反应敏感程度存在较大差异。主要考虑基于分时电价的价格需求管理机制和基于可中断负荷的激励需求管理机制对负荷的影响。

 

 

主动配电网内部功率双向流动,DSK通过与终端用户双向信息交流和分时电价的鼓励引导,调整电网系统整体运行状态,对可再生能源利用率、多源互补、电网供用电平衡、削峰填谷有积极影响。在电力系统运行过程中DSK以信息导向实时监控供用电信息、整合数据双向信息提高主动配电网规划灵活性。

 

 

主动配电网负荷优化调度。相较于传统配电网,主动配电网集成了丰富的可控资源、可调度性及灵活性大大增强。主动配电网优化调度策略通过对可控资源主动管理,提高了MG的清洁消纳,保障了电网经济安全运行。ADN负荷优化调度过程中,调度中心借助互联网信息管理平台,收集需求侧多元用户负荷信息,通过分析MGEVESEDG等用户用能特征,在需求管理技术的支撑下,建立ADN多源一体化无功优化模型,以实现整体优化调度效益最大。

 

 

能源互联网背景下的主动配电网负荷调度过程中存在多利益主体,源-荷双侧功率具备较强不确定性。高比例分布式电源与储能设备、柔性负荷、微电网负荷的接入,使得主动配电网调度更加灵活。因此,单纯考虑源侧出力或者荷侧用电的不确定性,已经无法满足调度部门的需求。

 

 

主动配电网规划理论基础

 

 

主动配电网规划总体框架。现阶段能源互联网中,主动配电网优化规划多数采用综合协调规划技术,除计算可再生DG的电源规划以及电网设备选址定容,用户侧需求响应作为全新电力资源也归于ADN综合协调规划中,新能源和需求侧响应势必会给配电网添加很多不确定性因素。

 

 

能源互联网背景下的主动配电网规划需同时兼顾以可再生能源为主的发电预测与多元负荷预测,结合规划区域内历史数据信息与分布式电源、电动汽车、储能等源性负荷进行预测确定变电站选址定容与电源定点规划;规划目标综合用户需求响应、信息通信进行“多源多网多荷多储”一体化建模,不仅实现电源、网架规划,还要因地制宜,制定不同规划区域内多类资源协同规划方案;规划后评价在保证安全可靠运行的同时,必要考虑不同能源主体利益需求。

 

 

能源互联网下主动配电网规划多数采用综合协调规划技术,除可再生分布式能源布局规划、ESS以及电网设备选址定容规划,用户侧需求响应作为全新电力资源也归于ADN综合协调规划中。能源互联网下主动配电网规划总体结构。

 

 

主动配电网规划建设流程。能源互联网背景下,主动配电网规划通过多源协同技术,支持规模分布式负荷资源高比例渗入,实现负载均衡。主动配电网规划建设的目标就是以最小的投资运行成本达到最佳获利。其中,投资运行成本即主动配电网规划建设中的线路成本、网架扩建成本、变电站成本、用户满意度成本等。

 

 

现阶段我国配电网规划投资建设的科研精力投入较少,电网基建设备投资设计经验欠缺,导致电网公司网架路线设计不合理,建设成本逐年增大,投资回收期较长。

 

 

主要分为主动配电网负荷预测、主动配电网负荷优化调度、主动配电网规划建设三部分,从能源互联网视角下的主动配电网主要特征、负荷优化管理机制、优化规划等角度,阐述了论文的理论基础。能源互联网视角下的主动配电网供需双侧呈现不确定性与互动性,为后续的能源互联网视角下的主动配电网负荷优化调度模型构建以及配电网规划建设分析奠定了理论基础。

 
 
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