虛擬電廠與大電網(wǎng)三道防線的關(guān)系探討

2024年7月4日-5日—電力系統(tǒng)三道防線控制理念《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》-安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)：第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)保持穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)的正常供電；第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)保持穩(wěn)定運(yùn)行，但允許損失部分負(fù)荷；第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，必須防止系統(tǒng)崩潰并盡量減少負(fù)荷損失?；謴?fù)控制黑啟動(dòng)故障發(fā)生穩(wěn)定破壞故障發(fā)生穩(wěn)定破壞穩(wěn)定控制穩(wěn)定控制穩(wěn)定控制第二道防線預(yù)防控制電網(wǎng)結(jié)構(gòu)預(yù)防控制頻率緊急控制頻率緊急控制解列控制繼電保護(hù)安全防護(hù)第一道防線第三道防線第一道防線—Q第一道防線：預(yù)防性控制和繼電保護(hù)預(yù)防性控制：通過改變電網(wǎng)的系統(tǒng)運(yùn)行方式，增加有功、無(wú)功備用容量等方式，滿足電網(wǎng)運(yùn)行“N-1”要求。繼電保護(hù)：有選擇的快速切除該故障設(shè)備，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電網(wǎng)的運(yùn)行方式有選擇的快速切除故障備用的有功無(wú)功電網(wǎng)的運(yùn)行方式有選擇的快速切除故障備用的有功無(wú)功合理安排電網(wǎng)的運(yùn)行方式，避開不可控的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)，控制區(qū)間聯(lián)絡(luò)線輸送功率預(yù)留必要的安全穩(wěn)定裕度，確保遇到N-1事故時(shí)，不動(dòng)用穩(wěn)控措施(特高壓大容量直流除外)。安排足夠的有功備用和無(wú)功備用，應(yīng)對(duì)大電源(尤其是新能源的間歇性)或大負(fù)荷的波動(dòng)，維持系統(tǒng)頻率與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓的變化在允許范圍內(nèi)。發(fā)生短路故障等事故時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)有選擇性地隔離故障區(qū)域(如斷路器拒動(dòng)),防止事故范圍擴(kuò)大。穩(wěn)控系統(tǒng)：判出系統(tǒng)存在穩(wěn)定事故時(shí)按照預(yù)定的控制策略，防止系統(tǒng)失去同步、系統(tǒng)頻率異常、局部電網(wǎng)電壓崩潰、某些設(shè)備嚴(yán)重過負(fù)荷。在保證電網(wǎng)穩(wěn)定性的前提下，使負(fù)荷損失最小。k表加能控機(jī)口口送端電網(wǎng)切機(jī)：切除送端機(jī)組，可以顯著降低送端電網(wǎng)的加速口送端電網(wǎng)新能源電源快速回降/切除口受端切負(fù)荷：當(dāng)受端電網(wǎng)失去部分饋入輸電通道或失去大電源時(shí)，切除部分負(fù)荷；口主動(dòng)解列：主動(dòng)解列區(qū)間特高壓交流聯(lián)絡(luò)線；第三道防線是指：系統(tǒng)遇到第3級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的擾動(dòng)事故，如多重故障(開關(guān)拒動(dòng))、意料之外的連鎖反應(yīng)(母線跳閘引起N-3以上事故),系統(tǒng)出現(xiàn)失步、低頻、低壓、過頻、過壓，需要第三道防線采取措施，防止電力系統(tǒng)崩潰，防止大面積停電事故。第三道防線是由參數(shù)越限啟動(dòng)，多為就地分散配置。主要分包括：失步振蕩和解列，低頻減載、過頻切機(jī)，低壓減載。口大電網(wǎng)不允許失步狀態(tài)持續(xù)一般在1-2個(gè)振蕩周期內(nèi)就要使電網(wǎng)解列為兩個(gè)各自能繼口解列后的送端電網(wǎng)將出現(xiàn)頻率、電壓升高，受端電網(wǎng)頻率、電壓下降?？诖箅娋W(wǎng)不允許失步狀態(tài)持續(xù)一般在1-2個(gè)振蕩周期內(nèi)就要使電網(wǎng)解列為兩個(gè)各自能繼口解列后的送端電網(wǎng)將出現(xiàn)頻率、電壓升高，受端電網(wǎng)頻率、電壓下降。列QQ新型電力系統(tǒng)建設(shè)對(duì)第三道防線建設(shè)帶來的挑戰(zhàn)引發(fā)頻率穩(wěn)定問題：隨著分布式新能源大規(guī)模從低壓電網(wǎng)接入，大量饋供負(fù)荷線路變成電源送出線路，造成傳統(tǒng)離線計(jì)算的頻率電壓控制方案負(fù)荷控制率下降；新能源電源輸出功率具有不完全可控性和預(yù)期性，在新能源并網(wǎng)比重較大的電力系統(tǒng)中，在一定程度上改變了原有電力系統(tǒng)潮流流向、潮流分布、線路輸送功率和整個(gè)電力系統(tǒng)慣量，帶來了更嚴(yán)重的電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性問題。營(yíng)者革苗范聲鹽革苜色商光伏出力——負(fù)荷控制率某電網(wǎng)低頻減載裝置負(fù)荷控制率與新能源出力統(tǒng)計(jì)低頻減載輪次動(dòng)作，100%和88%負(fù)荷控制率下電網(wǎng)頻率仿真結(jié)果低頻減載技術(shù)現(xiàn)狀低頻減載現(xiàn)行方案：低頻減載裝置只判斷系統(tǒng)的頻率，當(dāng)系統(tǒng)有功缺額導(dǎo)致系統(tǒng)頻率降低，達(dá)到頻率動(dòng)作值，且滿足df/dt閉鎖條件時(shí)便按預(yù)定的切負(fù)荷方案跳開配電線路開關(guān)。即使配電線路處于向系統(tǒng)反送有功功率也可能更會(huì)加劇系統(tǒng)有功功率的缺額，造成頻率的進(jìn)一步降低。布式光伏和風(fēng)電為主的分布式電源具有輸出功率不穩(wěn)定的特征。忽視配電線路的負(fù)荷特性，將會(huì)導(dǎo)致功率缺額估算與實(shí)際值誤差較大。裝置未實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并上送，在線監(jiān)測(cè)能力差。設(shè)計(jì)未考慮源荷頻率特性的自適應(yīng)減載策略，不能動(dòng)態(tài)設(shè)置減載判據(jù)，計(jì)算切負(fù)荷量，—Q電網(wǎng)頻率防線建設(shè)現(xiàn)狀—Q電網(wǎng)頻率防線建設(shè)現(xiàn)狀頻率防線守住難：以杭州為例，近幾年分布式光伏裝機(jī)年均增長(zhǎng)80萬(wàn)千瓦，提前兩年完成十四五“光伏倍增計(jì)劃”。其中，桐廬區(qū)域新能源滲透率接近35%,配網(wǎng)線路中有光伏接入的占比52%,導(dǎo)致低頻電力系統(tǒng)遭遇嚴(yán)重故障 時(shí)，防線配置將無(wú)法有 失守可能引發(fā)類似英國(guó)電力系統(tǒng)遭遇嚴(yán)重故障 時(shí)，防線配置將無(wú)法有 失守可能引發(fā)類似英國(guó)—電網(wǎng)頻率防線建設(shè)現(xiàn)狀—電網(wǎng)頻率防線建設(shè)現(xiàn)狀專業(yè)管理提升難：以蕭山為例，雖然區(qū)域內(nèi)工業(yè)用戶負(fù)荷占比超過45%可利用的安全防御資源較為豐富，但由于接近25%的用戶內(nèi)部安裝有分布式光伏或儲(chǔ)能設(shè)備，導(dǎo)致電網(wǎng)下送負(fù)荷隨天氣情況以及供電線路頻繁變動(dòng)導(dǎo)致的頻率防線配置失效問題在離線化管理模式下不易察覺，已成為專業(yè)管理的薄弱環(huán)節(jié)，頻率供電線路頻繁變動(dòng)導(dǎo)致的頻率防線配置失效問題在離線化管理模式下不易察覺，已成為專業(yè)管理的薄弱環(huán)節(jié)，頻率防線感知及可控能力建一Q一Q電網(wǎng)頻率防線建設(shè)現(xiàn)狀民生用電保障難：杭州2023年底已躋身超大城市行列，用電負(fù)荷呈現(xiàn)明顯的大都市特性：一是民生用戶多，民生用電占比32.8%,高于全省10.3個(gè)百分點(diǎn)；二是重要用戶多，集聚省直黨政機(jī)關(guān)、醫(yī)院、高校、交通樞紐等重點(diǎn)保障部門。據(jù)統(tǒng)計(jì)，杭州全域現(xiàn)有不涉及民生用電的線路占比11.6%,負(fù)荷占比僅為6%,低于低頻減載前兩輪的配置要求，并且隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化這一比例還將持續(xù)下降8.8%。供要求，如何兼顧大電網(wǎng)安全生命線和民生用電底電網(wǎng)頻率防線建設(shè)探索構(gòu)建頻率防線多專業(yè)協(xié)同組織管理模式：省地縣一體化，工作機(jī)制上從“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”等要素管控到目標(biāo)管控，通過發(fā)展、建設(shè)、調(diào)度、運(yùn)檢、營(yíng)銷等開展全方位的工作協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“溯源光伏切管控要素調(diào)度管控要素調(diào)度協(xié)調(diào)性能、協(xié)同配網(wǎng)自愈和頻率防線制定低頻減載方案等建設(shè)運(yùn)檢營(yíng)銷省省地縣一體源源網(wǎng)荷儲(chǔ)切荷留源精益化設(shè)計(jì)建設(shè)精益化設(shè)計(jì)建設(shè)前移配置精準(zhǔn)切路精細(xì)管理協(xié)同配置低頻響應(yīng)等效替代低頻響應(yīng)等效替代電網(wǎng)頻率防線建設(shè)探索電網(wǎng)頻率防線建設(shè)探索數(shù)字賦能電網(wǎng)頻率防線建設(shè)并根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整防線設(shè)置，智能輔助提升管理車車可控全景智能管控平臺(tái)展示=電網(wǎng)頻率防線建設(shè)探索頻率防線源網(wǎng)荷儲(chǔ)全要素管理：溯源分布式新能源，實(shí)現(xiàn)切荷留源。=電網(wǎng)頻率防線建設(shè)探索做法2:前移配網(wǎng)低頻配置，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)切路110kY亭趾變前移傳統(tǒng)模式下低頻減數(shù)配置在變電站出線間隔統(tǒng)籌配網(wǎng)故障自愈與電網(wǎng)安全防御建設(shè)實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化與頻率防線協(xié)同運(yùn)行新型模式下低頻減數(shù)配置在配同環(huán)網(wǎng)柜分新型模式下低頻減數(shù)配置在配同環(huán)網(wǎng)柜分支線間隔負(fù)荷負(fù)荷實(shí)現(xiàn)“碎片化”非民生負(fù)荷精準(zhǔn)切除二電網(wǎng)頻率防線建設(shè)探索頻率防線源網(wǎng)荷儲(chǔ)全要素管理：精細(xì)化負(fù)荷管理，避免保供情況下各類負(fù)荷側(cè)措施交叉造成低頻減載防御能力下降。做法3:對(duì)外對(duì)外對(duì)內(nèi)同質(zhì)化管理用戶資源，促使高電壓等級(jí)用戶承擔(dān)電力系統(tǒng)安全責(zé)任對(duì)內(nèi)同質(zhì)化管理用戶資源，促使高電壓等級(jí)用戶承擔(dān)電力系統(tǒng)安全責(zé)任事故限電序位表其他負(fù)荷管事故限電序位表其他負(fù)荷管理措施標(biāo)準(zhǔn)先行低頻減載低頻減載配置調(diào)度+營(yíng)銷聯(lián)合管理機(jī)制創(chuàng)新加強(qiáng)溝通電網(wǎng)頻率防線建設(shè)探索電網(wǎng)頻率防線建設(shè)探索頻率防線源網(wǎng)荷儲(chǔ)全要素管理：一能多用，儲(chǔ)能納入頻率防線建設(shè)。做法4:一能多用，儲(chǔ)能納入頻率防線建設(shè)等效替代低頻減載容量紅廠儲(chǔ)能電站低頻響應(yīng)界面=Q虛擬電廠的負(fù)荷調(diào)度/可調(diào)負(fù)荷特性虛擬電廠對(duì)分布式資源的聚合，形成對(duì)外提供電能量或者輔助服務(wù)的“電廠”,實(shí)現(xiàn)電源側(cè)的多能互補(bǔ)和負(fù)荷側(cè)的靈活互動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)提供電能或調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)。其負(fù)荷調(diào)度特性打破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行模式，以電力供需平衡為目標(biāo)，將負(fù)荷也作為到提供平衡能力的資源來看待，實(shí)現(xiàn)供需的動(dòng)態(tài)平衡。負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)聚合商向運(yùn)營(yíng)范圍內(nèi)負(fù)荷終端下發(fā)APC實(shí)時(shí)指令或計(jì)劃曲線，具備實(shí)時(shí)指令或計(jì)比均不應(yīng)低于80%?？烧{(diào)節(jié)負(fù)荷聚合后的APC等效調(diào)節(jié)性能應(yīng)滿足所接入調(diào)度機(jī)構(gòu)的最低要實(shí)際負(fù)荷曲線G負(fù)荷基線時(shí)間虛擬電廠調(diào)整量目前所建設(shè)的“虛擬電廠”,所能聚合的資源和真正可調(diào)控的資源，只是負(fù)荷側(cè)資源的0.1%~3%,電網(wǎng)企業(yè)目前只是出于電網(wǎng)安全考慮自己聚合了少量的可控負(fù)荷，一方面是“掐尖”,也就是把時(shí)間概率最小的尖峰負(fù)荷進(jìn)行了聚合，另一方面是“兜底”,即這部分聚合負(fù)荷只是在極端不平衡的時(shí)段才調(diào)控，是為電網(wǎng)安全的兜底的。虛擬電廠對(duì)負(fù)荷資源的調(diào)度僅停留在日前優(yōu)化調(diào)度層面。響應(yīng)年月調(diào)度功能事前事中年月調(diào)度功能事前事中日時(shí)變電站AVC時(shí)變電站AVC電網(wǎng)潮流控制1~10min — —秒動(dòng)態(tài)低壓低周減載動(dòng)態(tài)百毫秒百毫秒暫態(tài)暫態(tài)元件保護(hù)毫秒Q虛擬電廠負(fù)荷資源控制屬性定義探討虛擬電廠負(fù)荷資源控制屬性：負(fù)荷資源池的資源調(diào)節(jié)能力和質(zhì)量決定虛擬電廠完成調(diào)度指令的能然資源本身應(yīng)具備公共控制屬性，對(duì)負(fù)荷資源的控制管理理應(yīng)為多方面的。其可以接收調(diào)度端控制管理指令，包括向電網(wǎng)提交發(fā)電計(jì)劃、參與電力市場(chǎng)及調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，也應(yīng)可以響應(yīng)其他電00√調(diào)度批量負(fù)荷控制(電網(wǎng)故障處理，00●負(fù)荷管理系統(tǒng)√頻率緊急控制(第三道防線)虛擬電廠負(fù)荷資源池三Q虛擬電廠可調(diào)負(fù)荷資源參與大電網(wǎng)穩(wěn)定建設(shè)思考從中國(guó)虛擬電廠的初衷來看，當(dāng)前需要解決的主要目標(biāo)是：用負(fù)荷側(cè)的可調(diào)節(jié)能力，對(duì)沖電力系統(tǒng)中高比例新能源發(fā)電導(dǎo)致源側(cè)間歇性、波動(dòng)性的風(fēng)險(xiǎn)。需更進(jìn)一步從大電網(wǎng)穩(wěn)定角度分析考慮大電網(wǎng)第二道防線精準(zhǔn)切負(fù)荷資源、第三道防線低頻低壓減載的負(fù)荷資源在虛擬電廠中的應(yīng)用。第二道防線精準(zhǔn)切負(fù)荷資源調(diào)頻能力池調(diào)峰能力調(diào)頻能力池調(diào)峰能力池調(diào)節(jié)資源N電源型調(diào)節(jié)資源N電源型低頻低壓減載(減負(fù)荷資源)調(diào)節(jié)資源1調(diào)節(jié)資源1調(diào)節(jié)資源2負(fù)荷型儲(chǔ)能型大電網(wǎng)第二道防線精準(zhǔn)切負(fù)荷、第三道防線低頻減載的目的是準(zhǔn)確、快速的按需精確切負(fù)荷以維需要虛擬電廠具備快速響應(yīng)電網(wǎng)異常狀態(tài)的緊急控制手段。滿足負(fù)荷參與電網(wǎng)互動(dòng)的三類場(chǎng)景，即異常時(shí)緊急響應(yīng)、功能不足時(shí)有序用電、調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷差響應(yīng)需求。滿足日前、小時(shí)級(jí)、分鐘級(jí)到秒級(jí)的四個(gè)級(jí)別控制調(diào)節(jié)能力。營(yíng)銷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)負(fù)荷響應(yīng)系統(tǒng)營(yíng)銷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)負(fù)荷響應(yīng)系統(tǒng)用戶信息檔案需求側(cè)響應(yīng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)切除負(fù)荷負(fù)荷快速響應(yīng)子系統(tǒng)準(zhǔn)確感知快速響應(yīng)準(zhǔn)確感知快速響應(yīng)負(fù)荷汽車逆變器逆變器電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)電力無(wú)線專網(wǎng)快速切快速切負(fù)荷指令控制結(jié)果控制結(jié)果命令反饋命令反饋空調(diào)負(fù)荷)負(fù)荷控制結(jié)果實(shí)時(shí)命令反饋負(fù)荷句控負(fù)荷實(shí)測(cè)用戶可控負(fù)荷工業(yè)工業(yè)負(fù)荷在電力供需形勢(shì)緊張的局面下，采取有效、精準(zhǔn)的負(fù)荷控制措施是有序?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)發(fā)用供需平衡，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要措施。虛擬電廠負(fù)荷調(diào)控特性與新型配電網(wǎng)形勢(shì)下第三道防線建設(shè)需求相結(jié)合，完善大電網(wǎng)第三道防線。第第三道防線模型虛擬電精準(zhǔn)過頻切機(jī)輪現(xiàn)狀：現(xiàn)有的低頻減載采用精準(zhǔn)過頻切機(jī)輪通信通電動(dòng)汽車播—虛擬電廠參與三道防線建設(shè)技術(shù)思路臺(tái)區(qū)虛擬聚合減載終端：充分利用虛擬電廠聚合的特性，按照區(qū)域設(shè)置臺(tái)區(qū)虛擬聚合減載終端，接收低頻減載指令后虛擬聚合減載終端計(jì)算需切量，進(jìn)行負(fù)荷、電源、儲(chǔ)能等控制。建立保護(hù)和控制系統(tǒng)間的信息融合及協(xié)同機(jī)制，通過站域自治-區(qū)域協(xié)同的方式實(shí)現(xiàn)自治式保護(hù)控制策略，優(yōu)化三道防線的功能布局，有效抑制和阻斷系統(tǒng)性事故的發(fā)生與發(fā)展，提升新型電力系統(tǒng)的安全防御能力。定值?時(shí)延?精細(xì)化計(jì)定值?時(shí)延?精細(xì)化計(jì)按需切量臺(tái)區(qū)1虛擬聚合減載終端負(fù)荷盡量保證盡量保證不脫網(wǎng)快速調(diào)控充轉(zhuǎn)放，主動(dòng)支撐低頻減載下放，通信控制?臺(tái)區(qū)N臺(tái)區(qū)N虛擬聚合減載終端口用戶側(cè)安裝低頻減載裝置口就地判別+通信控制方式信息通信完善建設(shè)：虛擬電廠通信系統(tǒng)面對(duì)海量、大規(guī)模、多類型數(shù)據(jù)終端接入，對(duì)于保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延控制、安全可靠接入及兼顧網(wǎng)絡(luò)性能與網(wǎng)絡(luò)利用率的信息通信技術(shù)提出展望。虛擬電廠“本地+遠(yuǎn)程”兩級(jí)通信架構(gòu)虛擬電廠“本地+遠(yuǎn)程”兩級(jí)通信架構(gòu)口本地通信層：用戶側(cè)資源、終端設(shè)備和集控設(shè)備(如遠(yuǎn)動(dòng)裝置、集中器、配電自動(dòng)化終端、臺(tái)區(qū)融合終端等),匯集至一個(gè)或多個(gè)集控設(shè)備，并上傳至遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備，通信設(shè)備多以模組的形式嵌入終端設(shè)備和集控設(shè)備中?？谶h(yuǎn)程通信：各級(jí)交換機(jī)、匯聚路由器、加密裝置、安全接入網(wǎng)關(guān)等，用于虛擬電廠終端和管理側(cè)平臺(tái)的信息交互，具備單路或者獨(dú)立雙路上行通道，多種通信方式混合組。云邊端協(xié)同實(shí)現(xiàn)虛擬電廠多層級(jí)協(xié)調(diào)控制通過人工智能流量預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流量的全局優(yōu)化調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)多時(shí)間尺度調(diào)控業(yè)務(wù)的按需彈性保障。二虛擬電廠參與三道防線建設(shè)技術(shù)思路主動(dòng)配電網(wǎng)與虛擬電廠的協(xié)同融合：配電網(wǎng)是虛擬電廠的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，虛擬電廠是配電網(wǎng)的高級(jí)應(yīng)用。為更好地服務(wù)于虛擬電廠，配電網(wǎng)的規(guī)劃需要與虛擬電廠的規(guī)劃協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)兩者的高效融合和互動(dòng)。配網(wǎng)建設(shè)需從資源