袁曉冬2016.4南京01

背景和意義02

互動體系03

場景應用04

總結l

目錄一、背景和意義

電力系統結構的轉變必要性可行性電力系統結構的轉變某著名企業水電

核電CCCCC

用戶 能量流

斷續的信息流火電/天然氣CC風電儲能

核電

風電儲能火電/

天然氣

水電太陽能..

儲能太陽能太陽能CCC風電某著名企業能量流C用戶C必要性?

特高壓直流傳輸容量大，

一旦失去，將對大受端某著名企業的安全穩定運行造

成的沖擊。?

大規模電動汽車隨機充

放電；?

需求響應的大范圍實施

將會增加功率平衡難度。?

以風電

、

光伏發電為

代表的可再生能源隨

機性

、

間歇性和波動

性。電力系統功率動態平衡能力亟待提高荷源網1

分布式電源高滲透率2

互動行為難以預知3電力雙向潮流；局部某著名企業潮流擁擠，竄動4不同電壓等級可再生能源多點集中接

入與分布式分散接入并存必要性某著名企業潮流時空分布特性更趨復雜l

具有與某著名企業雙向互動能力、帶有“源”和“荷”雙重特征的新型負荷的比重呈不斷上升趨勢；l

部分傳統負荷也能夠根據激勵或者電價調節自身的用電需求，具備“虛擬電廠”的特性。l

產生柔性負荷的概念：內涵指用電量可在指定區間內變化或在不同時段間轉移的負荷；外延包含具備需求彈性的可調節負荷或可轉移負荷；具備雙向調節能力的電動汽車、儲能、蓄能以及

微網等。 間歇性電源和柔性電源協調，向可預測、可調控發展

柔性某著名企業增強了某著名企業的可控性

信息交互完善，源網荷可以感知自身信息和其他個體信息可行性源-網-荷及信息通信具備了可能性近年來，隨著國民經濟的快速發展和現代化程度提高，在京津冀、長三角、珠三角等發達地區的夏季和冬季，

空調負荷在高峰、尖峰負荷中的占比已經達到30%，局部超

過50%，是對高峰、尖峰負荷“貢獻度”最大的電器設備。2015年江蘇全省夏季空調負荷達2700萬千瓦，用電峰谷差達2009萬千瓦，占全省最高負荷

95%以上尖峰負荷（約400萬千瓦）持續時間僅占全年用電小時數的0.25%。全省機組利用小時不斷下降，某著名企業旋轉備用越來越高。通過需求側管理手段“移峰填谷”，是實現某著名企業的經濟高效萬千瓦30002000100002011

2012

2013

2014

2015運行、提高某著名企業品質的必由之路。。萬千瓦最高負荷95%以上僅為21.5小時800050000

8760可行性22501920

1930空調負荷已開展實踐2800

2700緊急需求響應階段（規劃中）?事先簽署備用合同?快速切斷負荷階段（起步）?

引導空調負荷轉移?

響應負荷補償可行性合約下緊急控制電價激勵引導公共樓宇空調負荷參與某著名企業需求響應的四個階段?調節出回水?調節水閥開度?調整風量等剛柔柔剛柔并濟控制空調負荷已開展實踐有序削峰階段（執行中）虛擬調峰階段（執行中）電價/激勵型需求響應?關停空調主機主動

剛性

控制可行性逐級分解空調負荷已開展實踐1有序削峰削峰區間某著名企業負荷缺口某著名企業運行曲線降負荷逐級分解樓宇n樓宇2樓宇1空調n空調2空調1可行性調節曲線方式一逐級分解逐級分解空調負荷已開展實踐2虛擬調峰樓宇1樓宇2

負荷曲線某著名企業運行曲線連續調樓宇n空調n空調2空調1樓宇1樓宇2空調1空調2空調n樓宇n方式一

：電價機制

（峰谷、尖峰）方式二：激勵機制

（可中斷補償）可行性3

電價激勵引導空調負荷已開展實踐公共樓宇群負荷某著名企業運行曲線電價激勵方式效益

測算效果

測量成本

評估潛力

評估反饋下發電廠1

電廠n變電站1

變電站n樓宇1樓宇n空調1空調n可行性特高壓故障某著名企業擾動一鍵式控制緊急調度4合約下緊急控制空調負荷已開展實踐緊急控制

事件公共樓宇群負荷傳統調度對象調度

中心互聯某著名企業200光伏出力/GW0:005:00時間20:00啟示一：提高預測精度啟示二：通過需求響應快

速調節可中斷負荷啟示三：某著名企業合理規劃具

有充足的系統備用啟示四：源荷互動加強了

某著名企業的彈性恢復能力可行性l根據需求響應，4家鋁廠800MW負荷切出系統運行l

位于圖林根州的歐洲最大抽水蓄

能電站由0增至754MW（裝機

1000MW）l系統旋轉備用投入約600MWl

提前預測用戶用電

行為，大量民眾外出觀

看日食景觀，少量負荷

因日

食

中

斷（

減少約

300萬千瓦）l切可中斷負荷

，AGC（約290萬千瓦）10:0015:00l降低常規電源出力、

鋁廠重新并網、

抽

水蓄能電站調整運

行l

大量電力盈余，被

其他鄰國買走光伏高滲透下德國某著名企業應對日全食在此后的75分鐘內光伏出力升至2000萬千瓦，達最高值日食發生60分鐘后光伏出力

降至500萬千瓦，達最低值日食發生前光伏總出

力約1330萬千瓦10:45-結束上升約1500萬千瓦9:45-10:30下降約590萬千瓦10:30-10:45下降約240萬千瓦總共下降約

830萬千瓦實際

日食互動內涵

技術框架

調度架構二、互動體系互動內涵網隨網動荷隨網動荷隨源動源隨源動網網源源網荷荷源

擾動源隨荷動

源

響應荷

-—-荷源荷源隨荷動源源源

源l廣域互補l大型儲能平滑波動l一源隨源動多類型能源相關性互補源荷

荷l

空調、冰箱等作為需求側

資源參與電力供需平衡l儲能、電動汽車等可調度

的資源參與某著名企業有功調節荷隨源動網

荷網l

小概率高風險的備用

容量不足l

線路或設備潮流越限荷l

可控剛性負荷l

可調柔性負荷l

需求側響應負荷荷隨網動網網

網l

調度控制中心對某著名企業進行主動的監視、分析、預警、輔助決

策和自愈控制l

UPFC，VSC-HVDC，SVCl網l

小概率高風險的備

用容量不足l

線路或設備潮流越

限柔性開放的接入能力網隨網動時間特性感知模型控制基礎理論“源-網-

荷”柔性互

動協調控制

策略和技術技術框架“源-網-荷”

特性及互動行為建模柔性互動環境下的某著名企業分析方法“源-網-荷”

互動能力辨識調節范圍安全約束互動

構成統一模型時間特性在“源”側，為了實現大規模風電場和光伏電站的自律調控，分別有風電場EMS（W-EMS）和光伏

電站EMS（P-EMS）。在“網”側，為了實現輸某著名企業、變電站、配某著名企業和微網等的自律調控，分別有輸電EMS（T-EMS）、變電站EMS（

S-EMS）、配電EMS（

D-

EMS）和微網EMS（

u-EMS）。在“荷”側，為了實現電動車集群、樓宇、家庭等的自律調控，分別有電動車集群EMS（V-EMS）、樓宇EMS（

B-EMS）和家庭EMS（

H-

EMS

）能量管理系統架構W-EMSP-EMSV-EMSB-EMSH-EMSn

EMS家族體系架構圖EMS族群化源網u-EMS荷H-EMSD-EMST-EMSn

集中式控制的示意圖①集中式架構?

核心思想?由輸某著名企業調度中心集中調度和控制，電力系統運行人員直接給每個負荷發布調控命令。?

難點?需要針對大量用電設備產生控制信

號，在實際系統調度中不可行。能量管理系統架構n

集中式架構示意圖②分布式架構?

核心思想?利用嵌入用戶用電設備的動態控制器?利用智能電表實時監視系統頻率并相應

地調節用電設備?

難點?只反饋本地可觀測量，可能出現過度控

制或控制量不足的情況，難以實現某著名企業

調度的系統級控制目標?各局部控制器為達到自身的預期目標，

可能使得不同控制器間相互沖突，惡化

控制的整體效果負荷分類1電冰箱、冰柜、熱水器負荷分類2洗機器、烘干機負荷分類3電烤箱負荷分類4內嵌加熱器能量管理系統架構MODBUS通信鏈路協議裝換器負荷控

制信號n

分布式架構計算機中的智能負荷控制器頻率和功率測

量裝置頻率或電價信號輸入負荷分類5

照明負荷AC230V

50Hz居民

生活

用電用戶

戶內

網絡USB

控制器功率測量裝置智能電表變頻器③基于負荷聚合商的分層架構：?

核心思想?負荷聚合商(LA)是需求響應資源的整合者，通過專業技術評估用戶的需求響應潛

力，整合分散的需求響應資源來參與電力

系統運營。?從系統運營商的角度來看，

被看做是一個

大型的發電商同時具備集中式架構的整體

協調能力和分布式架構的分散自治靈活性，特別適合于居民負荷、商業負荷等中

小負荷參與調度運行。能量管理系統架構n

基于負荷聚合商的分層架構負荷聚合商1負荷聚合商2電力系統...調控中心...本地響應層負荷群2負荷群1控制層協調層架構優點缺點適用場景集中式架構直接控制，可靠性高投資較大，且由于受控制信號和通訊通道的限制，不適用數

量較多的中小負荷。用電量和可調容量均較大

的工業或商業用戶，調度

模式為可中斷負荷，直接

負荷控制，有序用電等。分布式架構投資小，通信和控制靈活由于只反饋本地可觀測量，難

以體現系統控制的整體性，可能出現負荷的過度控制或控制量不足，難以實現系統級精確控制。與某著名企業調度沒有直接通訊

的負荷，特別是一些居民、

商業等中小負荷，調度模

式適用電價價值或需求側

競價。基于負荷聚合商

的分層架構具備集中式控制的整體協調

能力和分布式控制的分散自治靈活性，特別是適合于居民負荷、商業負荷等中小負荷參與調度運行由于增加了第三方負荷聚合商

從經濟學的角度不可避免會產生新的運行和管理成本。與負荷代理簽約合同的任

意柔性負荷，負荷聚合商

與調度中心有通訊通道，

適用任意調度模式。能量管理系統架構三、場景應用

大型受端某著名企業故障應急

主動配電系統

UPFC“十二五

”期間，±800千伏錦屏-蘇州特高壓直流工程建成投運，1000千伏淮南-南京-上海特高壓交流工程、

±800千伏晉北-南京和錫盟-泰州特高壓直流工程相繼開工建設。2016年，隨著靈紹直流投產，華東直流受電規模進一步提

高至3600萬千瓦，單一直流輸送功率占到華東某著名企業一般低谷

負荷的

7%

。

錦

蘇

直

流

滿

功

率

雙

極

閉

鎖

時

，最

低

頻

率

約

49.53Hz

；賓

金

直

流

滿

功

率

雙

極閉

鎖

時

，最

低

頻

率

約

49.26Hz。2017年底前，江蘇省內將有錦蘇特高壓直流（720萬千瓦）、

晉北～南京特高壓直流（800萬千瓦）、錫盟-泰州特高壓直

流（1000萬千瓦）三大特高壓直流。若發生單回、或多回特

高壓直流滿功率雙極閉鎖，某著名企業頻率特性進一步惡化，嚴重時可能導致低頻減載動作。某著名企業大面積停電的風險始終存在大規模源網荷友好互動系統uuu

1應急模式-毫秒級負荷控制通過快速切除可中斷負荷，應對特高壓故障導致的頻率穩定問題、

斷

面越限、聯絡線超計劃和備用不足等問題。主動配電系統（簡稱主動配網）大區互聯某著名企業安全運行智能控制系統

（簡稱系統保護）大規模源網荷友好互動系統大規模供需友好互動系統（簡稱負控2.0）泛在信息通信系統負控系統（剛性可控負荷）需求側響應

（柔性負荷）故障感知態勢感知優化決策協調控制互動優化協調控制安全與管控統一信息建模通信信息網微某著名企業虛擬

電廠大規模源網荷友好互動系統整體架構大規模源網荷友好互動系統總體功能2常規模式

：通過需求側響應和主動配電系統友好互動，實現電力系統的移峰填谷和智慧用電。主動配電系統（簡稱主動配網）大區互聯某著名企業安全運行智能控制系統

（簡稱系統保護）大規模供需友好互動系統（簡稱負控2.0）主動配電系統泛在信息通信系統負控系統（剛性可控負荷）需求側響應

（柔性負荷）協調控制互動優化協調控制優化決策故障感知態勢感知安全與管控統一信息建模通信信息網微某著名企業虛擬

電廠主動配電系統實驗平臺整體結構2WP1PV11!

VSC1互為支撐區域Ⅰ區域Ⅲ主動配電系統

故障恢復與自愈BS1故障模擬器故障模擬器LD1DCSSTLD3VSC2LD3負載故障

模擬器DE1PV2V2G2SC2故障

模擬器PV3V2G1BS1BS1VSG2SC1WP2區域

Ⅱ3DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU主動配電系統基于分層控制的主動配某著名企業的能量管理系統BS1負載PV2DCSST滲透率光伏負載25%0.25150%0.5175%0.751100%11VSC1主動配電系統新能源高滲透率配網消納模式驗證AC/DCAC/DC!故障模擬器故障模擬器LD1LD3LD3VSC2故障

模擬器DE1V2G2PV1WP1V2G1PV3SC2故障

模擬器BS1BS1VSG2SC1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU!VSC1DCSSTLD3BS1故障

模擬器主動配電系統交直流混供微某著名企業運行控制AC/DCAC/DC故障模擬器故障模擬器LD1LD3VSC2負載故障

模擬器DE1PV2PV1WP1V2G2PV3V2G1BS1SC2BS1VSG2SC1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUVSG2V2G2故障

模擬器DCSST主動配電系統

虛擬同步機提高微某著名企業慣性VSC1AC/DCAC/DC!故障模擬器故障模擬器LD1LD3LD3VSC2負載故障

模擬器DE1PV2WP1PV1SC2BS1V2G1PV3BS1SC1BS1WP2DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUDE1SC1AC/DCPV1BS1DCSST主動配電系統VSC1某著名企業友好型逆變器

功能驗證某著名企業友好型逆變器控制能力驗證AC/DC!故障模擬器故障模擬器LD1VSC2LD3LD3負載故障

模擬器WP1V2G2PV2PV3V2G1BS1SC2BS1VSG2WP212故障

模擬器DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUBS1VSC1主動配電系統

電動汽車充放電控制(雙向)PV3V2G1V2G2VSG2VSC2電動汽車

雙向充放電!故障模擬器故障模擬器LD1DCSSTLD3LD3負載故障

模擬器DE1PV2WP1PV1SC2故障

模擬器BS1BS1SC1WP22DTUDTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU1

西環網主要輸電通道潮流不均衡：

龍向西環網的220kV

輸電通道潮流偏重，而東善橋變

向西環網的220kV輸電通道潮流

較輕；

220kV曉莊南送下關、中央門斷

面潮流過重問題嚴重；

曉莊南送斷面存在N-1過載問

題；大勝關寧南牽344.8(2)寧海路210.1(2)

雨花166.

2站)

高橋富城大定坊157.3(2)3(南板橋梅鋼

牧龍131.8(2)75.0濱南

雙閘305.0(2)安品街105.0(2)聚寶405.3(2)143.9(2)629.8(2)九龍112.1(2)56.4336.7(2)721.8(2)83.3(2)Δ曉莊155.1(2)下關40.2(2)莫愁華潤F304.4華潤南京碼頭秦淮UPFC穩態潮流控制效果棲霞牽金陵陵燃西渡698.7(2)陵燃新平板P

↓

910.0龍陵電廠381

2(2)

415.9(2)410.0(2)殷巷417

4(2)

193.8(2)190.2大行宮

鐘山P

↓

1548.2

東善橋2000.0(2)255.3(2)160.1(2)363.9(2)150.6

堯化門110.0(2)322.5(2)219.0(2)266.5(2)大唐南京燕子磯546.8中央門381.5149.2225.0586.6(2)533.3(2)553.8(2)254.7(2)425.4(2)375.2(2)299.2(2)145.1(2)611.7(2)304.7(2)119.9(2)334.0(2)65.0(2)50.050.0梅山仙鶴華京經港光華蘇莊東陽0.0477.1126.80.00.0ΔΔ●串聯變壓器并聯變壓器工程提升西環網供電能

力500～600兆瓦，可替代一

個投資10億元以上的220千

伏輸電通道。曉鐵2Y59線鐵北220kV母線

*IM

IIMWA.W22Y59U3

2Y59U22Y59U2Y59U2Y59U

2Y59U12Y59WH.V12T13*2U1092U11號串聯變壓器WT.W2WH.V22T232T21UPFC區域閥廳WT.SW21H121H421H222H522H122H422H222H723H523H123H423H2WT.C2*WA.W11號并聯變壓器2013

201

2011WT.W11WT.W120C6*20C1*2號并聯變壓器WT.W122023

202WT.C1*WT.C3南京220千伏西環網UPFC工程2550

2Y58UVH.C1*21F5

**21F721D121D5換流器121D721D2VH.C222F5

*

換流器2*

22D722F7VH.C3*23D123F523D5換流器323D7*35535kV母線*358WA.W3曉鐵2Y58線*2T11 21H521H3IM

IIM2Y59301燕子磯站2500

2600

22D5 *2510202