【武汉大学】2024新型配电系统灵活性提升技术研究报告_43页_5mb

新型配电系统灵活性提升技术研究总结

背景与意义

配电系统作为新型电力系统的关键组成部分，具有区域能源协同和供需互动的能力，支撑大规模分布式能源接入和多样化负荷供电需求。随着高比例分布式发电、电动汽车和虚拟电厂的快速发展，系统面临源荷不确定性增加、运行安全风险上升等挑战。同时，新型电力电子装备和信息化技术为提升配电系统灵活性提供了新机遇，推动新型配电系统向更高效、更智能的方向发展。

配电系统的灵活性

配电系统灵活性是指在一定时间尺度下，通过柔性控制和拓扑灵活切换，实现对分布式电源和负荷变化的快速响应能力，以保障系统安全、稳定、经济运行。灵活性资源包括分布式电源、直流配电、配电自动化、储能、柔性多状态开关、可控负荷、电力市场等。

配电系统灵活性提升技术

灵活性资源规划技术

• 目标：优化多元灵活性资源布置，平抑源荷不确定性，提升系统承载力和运行效率。
• 实施路径：
  • 分析配电网灵活性需求，生成场景，构建评价指标。
  • 建立双层规划模型（规划配置层和优化调度层）。
  • 研究交直流混联配电系统中柔性多状态开关的选址定容方法。
  • 提出电能路由器的配置策略，优化配网综合适应性。
  • 进行配电网结构演化研究，评估不同场景下系统的承载力。

案例与数据

• 广水县域电网：研究城镇、乡村、园区三类场景，发现城镇场景在光伏渗透率40%时，系统优化效果最佳。
• 优化效果：系统可靠性、电压质量、网损率等指标显著改善，例如城镇场景优化后年售电量提高，线损率下降。

灵活性资源运行控制技术

• 分布式电源短期预测：采用变分模态分解与梯度提升树融合算法，提升光伏/风电预测精度。
  • 月平均误差为5.77%，优于RNN和RESNET等传统算法。
• 协同优化控制：考虑光伏、储能和需求响应的协同运行，实现调峰与电压调节。
• 交直流混合系统优化调度：利用直流线路潮流调控优势，开发多目标优化调度软件，实现系统级运行优化。
  • 优化后损耗降低40%，重载配电站N-1指标得到保障。
• 软件定义组网技术：通过拓扑优化模型和源荷互动策略，实现灵活组网运行。
• 电力设备动态载流能力评估：结合热点温度在线辨识和热老化评估，实现设备动态载流能力滚动预测与安全校正控制。

设备灵活控制技术

• 软件定义设备：研制模块化多端口统一配电装备，支持多种功能切换，如变压分流、潮流控制、构网控制、电能质量治理等。
• 逆变器灵活控制：研究“GFM+GFL”主动支撑技术，提升分布式系统独立组网能力。
  • 构网型储能提供动态频率和电压基准，增强系统稳定性。
  • 支持算法在线编辑与远程下装，可模拟15种以上能量路由架构，适应多种电压等级变换。

挑战与机遇

灵活性提升技术实施路径

1. 灵活性资源协同规划：综合考虑多种资源的配置与优化，提升系统承载力。
2. 不确定性源荷承载力分析：通过随机/时序潮流计算，评估系统对源荷接入的适应能力。
3. 柔性互联装置选址定容：结合不同场景和设备特性，实现最优布局。
4. 运行控制优化：提升预测精度，实现多资源协同调控和潮流灵活调度。
5. 软件定义组网与设备控制：通过拓扑优化和设备功能解耦，实现灵活组网和动态运行。

案例应用

• 云南鹤庆县：利用分布式光伏资源，在配网失电或馈线故障时实现多台区独立组网运行，降低非计划停电时长30%以上。

总结与展望

• 配电系统灵活性提升需从系统规划、运行控制、设备管理等多维度协同推进。
• 未来应进一步研究多时间尺度下的灵活性资源协同规划与优化，提升系统对高比例分布式能源接入的适应能力。
• 软件定义技术、柔性多状态开关、构网型储能等将成为提升系统灵活性的关键手段。

参考与资源

• 报告人：董旭柱、尚磊
• 单位：武汉大学、湖北省交直流工程研究中心
• 联系方式：
  • 董旭柱：dongxz@whu.edu.cn
  • 尚磊：shanglei@whu.edu.cn

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