蜂巢配电网-未来配电系统新形态-国网天津市电力公司电力科学研究院_33页_10mb

蜂巢配电网——未来配电系统新形态

核心内容

蜂巢配电网（Honeycomb Distribution Network, HDN）是面向未来双碳目标的一种新型配电系统形态。它借鉴了蜂巢结构的模块化、易扩展、稳定可靠等特性，旨在构建一个更加可控、兼容、开放和灵活的配电网络。该网络不仅能够适应高比例分布式可再生能源接入，还能实现用户多样化的电力供应需求，以及点对点能源交易服务。

主要观点

• 蜂巢配电网的构想：HDN的构想源于对现有配电网结构的改进，通过模块化设计、分层分群运行和广义柔性节点支路，实现能源系统的高效、可靠和灵活运行。
• 多接口模块化设计：每个蜂巢单元通过FID（柔性互联装置）与相邻单元或上级电网互联，FID具备能量分配、信息监控与处理功能，实现系统的分布式控制。
• 节点与支路的广义柔性：通过储能、需求响应、电动汽车互动等方式实现节点柔性，通过FID实现支路柔性，提升系统的动态调节能力。
• 综合能源配电系统：HIEDS（蜂巢状综合能源配电系统）通过能源枢纽站实现异质能源的转换、分配和存储，提高能源利用效率与系统灵活性。
• 规模化台区柔性互联：通过构建多端口FID和优化算法，实现配电网中负荷的二次转供与供电能力的提升，提高系统可靠性。
• 安全域方法：基于安全域的分层分群协调控制方法，有助于简化复杂约束，提升配电网优化运行效率。
• 应用实践：在天津宝坻九园工业园区试点HDN构想，提出了多种组网方案，并进行了经济性与可靠性分析。
• 广义HDN模型：提出广义蜂巢配电网模型，包括雪花配电网（SDN）等扩展形式，为未来配电网转型提供理论支持。

关键信息

理论研究

1. 核心特征与构建基础

   • 区域自治与分层分群运行：每个蜂巢单元具备自我管理能力，FID具备信息监控与就地控制功能。
   • 多接口模块化设计：每个FID连接3-4个蜂巢单元，避免重要节点依赖，提升系统灵活性与可靠性。
   • 节点和支路的广义柔性：通过储能、电动汽车互动、需求响应等方式提升节点与支路的调节能力。

2. 蜂巢状综合能源配电系统（HIEDS）

   • 组网结构：微网内设能源枢纽站（EHS），实现异质能源的转换与分配。
   • 运行模型：以最小化总运行成本为目标，考虑微网与综合能源基站的功率平衡、网络多能流约束等。
   • 算例分析：3个微网通过4个综合能源基站互联，实现能量灵活分配，提高系统经济性与可靠性。

3. 规模化台区柔性互联HDN

   • 建模与求解：首次考虑台区配变级的负荷转带，采用分支定界算法进行求解。
   • 供电能力计算：通过FID实现负荷的二次转供，提升供电能力与系统可靠性。
   • 算例结果：4台主变压器、11条中压馈线、5个FID，TSC值为53.4MVA，平均计算时间2.14秒。

4. 基于安全域的HDN分层分群协调控制

   • 安全域方法：通过安全域（DSSR）简化运行约束，提升HDN的优化运行效率。
   • 优化效果：优化时间缩短一个数量级，实现高效调度与管理。

应用探索

1. 多台区“边-边通讯”本地协同控制

   • 试点项目在滨海地区部署9台柔性互联装置，实现本地化控制，提升电压无功控制与需求响应能力。

2. 天津宝坻九园工业园区HDN构想

   • 地理接线：第一期建设3台六端口基站，通过电缆连接微网与上级电网。
   • 运行方案：基站作为环网箱，承担功率调配与电力交易功能。
   • 投资估算：每台FID约400万元，包含储能配置与控制系统。

3. 广义HDN—雪花配电网

   • 模型与拓扑：提出广义蜂巢配电网模型，适用于更多类型的网孔状配电网。
   • 网络结构：包括4座变电站、8条10千伏线路，每条线路有站间与站内联络。

研究成果

• 论文发表：以第一作者或通讯作者发表论文8篇，其中SCI论文2篇，EI论文6篇，已录用论文9篇。
• 专利申请：申请发明专利4项，已授权3项，涵盖蜂巢配电网结构、运行方式、柔性互联等。
• 科研项目：主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、国网公司科技项目等。
• 主要奖励：2023年天津市科技进步一等奖，以及多项省部级以上奖励。

总结与展望

• 发展趋势：随着政策推进和设备成本下降，HDN将自然发展形成，电网将从电力配送者转变为电力交易服务商。
• 未来方向：进一步推动HDN的标准化、规模化应用，加强与电动汽车、储能、微网等的深度融合，提升系统智能化与可持续性。
• 团队简介：国网天津电科院是重要的科研支撑单位，拥有丰富的科研资源与成果，支持HDN相关研究与应用。

团队简介

国网天津电科院成立于2012年4月，是国网天津市电力公司的重要科研支撑单位。已建成“电力物联网企业重点实验室”等3个省部级实验室，通过国家CNAS实验室认证和中电联ISO9001认证。现有职工210人，其中高级职称以上占比61%，硕士以上学历占比46%，拥有天津市“131”创新人才一层次3人。团队累计拥有中国发明专利372项，国际发明专利5项，承担国家级、省部级科研项目多项，支撑公司获得多项省部级以上奖励。