分层分群的电网体系结构与储能市场格局分析报告.pdf

分层分群的电网体系结构 与储能市场格局 2022.09.07 鉴于未来电网的超复杂性(Extreme complexity) ，电网体 系结构(grid architecture)的研究至关重要。它是整个grid 的最顶层的描述(模型)。需要，体系结构优先。 报告内容 I. 互联 （输电）系统的体系结构 II. 电网分层分群体系结构 III. 分层分群电网体系的科学性 IV. 100%风-水-光能源转型场景下储能市场格局之探讨 I. 互联 （输电）系统的体系结构 I.1 互联（输电）系统中平衡区的概念 [1] ⚫互联系统发电和潮流控制理论 提出了 “控制区 （Control Area ）”的概念， 后来更名为平衡区 （Balance Area ，简记BA），意指区域内电功率能够保持 近乎瞬时的净功率平衡。 ⚫BA的定义： ➢ 每个BA都有 ➢ BA包括如下三个基本功能： ① 发电和负荷; ① 进行发电/ 负荷调度(Dispatch) ； ② 智能控制 （如 ② 当地的反馈控制，用于平滑波动； EMS ）和通信。 ③ 通过削减发电/负荷来缓解故障。 [1] BN Cohn. Control of Generation and Power Flow on Interconnected Systems [M]. New York: John Wiley & Sons, Ltd, 1966: 1-100. I.2 互联系统 (由若干互联的BAs组成）群集运行规范 各BAs按照如下规范工作： ⚫ 平衡区内发电的调节 （Dispatch）需要随时吸收其内部负荷的变化 （简称净功 率平衡），即使发生大的扰动也要自行解决，并且进行自优化； ⚫ 平衡区之间联络线上的功率均按功率交换计划 （ on schedule）工作。为了电网的安全运行，相 对于受端系统总容量该计划值不能太大；为保证 BA （包括机组启停的约束）的经济运行，该功 率值要相对平稳 （每天的数值应稳定在少数几个 功率水平上）。 天中特高压直流典型日运行曲线（2017年） II. 电网分层分群体系结构 II.1 电网体系结构改变的原动力 电网的变化已经日益偏离20世纪电网发展所依据的基本原理和假设。如果不指出 这些，会对电网的可靠性和功能造成严重的不良后果。发展的新原动力，主要是 演变中的用户期望、新技术的涌现、以及从大规模的中央经济到网络经济的改变。 后者是由于连接到配电的分布式能源 （DER)的渗透率的增长[注1]和无处不在的通 信联系所驱动的。此外原动力中还包括韧性不足和赛博攻击威胁的不断增加。 [注1] 分布式发电、用能电气化和灵活负荷的充分利用是电力的未来，也是能源的未来。 II.2 带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想 ——互联系统群集模式由输电向外围拓展 置于高压输电系统内的能量管理系统（Energy Management System，EMS）覆 盖了数百个发电机和变电站，数十年来在管理和控制电力系统以确保其经济可靠 的运行方面取得了巨大的成功。但是如果将这个系统及其底层的集中式操作范式 扩展到配电系统，并扩展到未来网络中成千上万的生产型消费者，将导致效率低 下，是不明智和站不住脚的。 文献[2]提出如下的设想：未来的配电网、微网、建筑单元（大楼、工厂和住宅 等）与输电系统的差异将逐步消失，具有本地发电和双向电力潮流的特点，都将 配有EMS，并按照“群 （cluster）”的理念实现各自的净功率平衡。这里的群就是 前述的BA。 [2] Felix F. Wu, Pravin P. Varaiya, Ron S. Y. Hui . Smart Grid with Intelligent Periphery for the Future : Architecture for the Energy Internet (J), Engineering, 2015,1(4) II.2 带有智能外围的智能电网（GRIP）的构想