“三高”场景下的嘉兴高弹性电网建设的关键技术体系

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“三高”场景下的嘉兴高弹性电网建设的关键技术体系

陈鼎 李春 徐杰

浙江省电力有限公司嘉兴供电公司 314001

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摘要：在积极构建以新能源为主体的新型电力系统的大背景下，多元融合高弹性电网作为其核心成为了研究焦点。本文探索总结了“三高”场景下嘉兴源网荷储实时互动高弹性电网关键技术及未来研究方向。首先，在分析电网未来发展趋势基础上，指出了建设多元融合高弹性电网的必要性；其次，提出了多元融合高弹性电网亟待研究的关键技术。所述内容为未来多元融合高弹性电网关键技术的研究和工程化应用提供了一定的技术参考。

关键词：多元融合；高弹性电网；源网荷储

0 引言

随着浙江经济进入高质量发展阶段，其用电负荷和供电压力持续增大，伴随而来的是源荷缺乏互动、安全依赖冗余、平衡能力缩水、提效手段匮乏等多项发展矛盾。多元融合高弹性电网[1]是基于浙江能源的现状，解决浙江能源问题的全局、长远的解决方案，是促进浙江能源高质量发展的有力支撑[2]。

浙江省在省域层面面临着高比例外来电、高比例清洁能源、高峰谷差率的“三高”场景，但基于资源禀赋和用能情况，嘉兴更多地面临着如何在高弹性电网的建设过程中去更好地消纳高比例清洁能源，以及解决高峰谷差率逐年增加的困难，为更好促进嘉兴多元融合高弹性电网发展，本文从建设的关键技术、发展趋势及未来研究方向等方面进行了详细分析与阐述，为开展多元融合高弹性电网相关研究工作提供参考。

1 嘉兴高弹性电网建设的关键技术框架

为了落实国家电网公司“建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业”发展目标，打造适应“三高”场景的源网荷储实时互动多元融合高弹性电网，梳理了电网亟待研究的关键技术。关键技术将从电源侧、电网侧、售电侧、用户侧四方面展开介绍。在电源侧促进传统能源弹性拓展水平以及提高可再生新能源在一次能源中的比重；在电网侧提升负荷承载力增加提效降损手段；在售电侧优化电力市场机制，建立售电智能服务；在用户侧研究负荷交互机制做到源荷互动[3]。高弹性电网建设关键技术体系如图1所示。

图1高弹性电网关键技术体系

2 电源侧

2.1传统能源

2.1.1火电灵活性改造技术

火电灵活性通常指火电机组的运行灵活性，即适应出力大幅波动、快速响应各类变化的能力，主要指标包括调峰幅度、爬坡速率及启停时间等。火电灵活性改造技术即为了充分响应电力系统的波动性变化，实现降低最小出力、快速启停、快速升降负荷三大目标，其中降低最小出力，即增加调峰能力是目前最为广泛和主要的改造目标。

2.1.2 新型火力发电技术

火力发电是一种较为成熟的发电方式，并且提供的电力也比较稳定。随着我国经济的发展，特别是东部沿海城市，对于电力的需求越来越高。为了满足我国的电力需求，我国电力公司不仅在拓展新的清洁能源，同时也在有序地扩大火力发电的设备容量。未来火力发电将从集中式火力发电技术和分布式火力发电技术两个方向进行发展。

2.1.3 常规能源与可再生能源协调控制技术

随着可再生新能源并网规模的日益增大，仅仅依靠控制可再生新能源的运行和高可再生能源运行稳定性已经不能满足电网要求，新能源并不像传统能源一样可持续不间断的供应，新能源的可利用性不稳定、随机性较强，并不能进行长期稳定的输出。大多数可再生能源并入电网时会产生波动，也会在高压输电过程中受到各种供配电设备的限制。常规能源在短暂的时间内是不可再生的，并且这些资源是有限的。因此常规能源与清洁能源的协调控制技术的研发成为关键一环。

2.2可再生能源

2.2.1 可再生能源集群并网消纳技术

为解决可再生能源有序接入、灵活并网、优化调度的难题，需要聚焦集群并网规划、装备研发、运行控制、仿真测试等关键技术，研究高渗透率分布式可再生能源集群规划设计方法，突破分布式可再生能源发电规划无序盲目以及忽略源荷协调互动的技术瓶颈；研究基于宽禁带功率半导体的新型功率变换技术，突破分布式电源逆变器、 储能双向变流器功率密度与效率提升的技术瓶颈；研究分布式集群协调控制与优化调度技术，协调多种能源集群互补发电，提高配网运行效益和消纳能力。

2.2.2 新能源功率预测和主动支撑技术

高比例新能源电力系统将发电跟踪负荷的单向匹配转变为供需双侧的双向动态匹配，新能源发电功率预测是双向动态匹配的基础，需研究空间分辨率更高、时间间隔更加多元化、精度适用性更强的新能源发电功率预测技术，支撑电力供应与需求的精准双向匹配。新能源发电并网技术需要从“被动适应”到“主动支撑和自主运行”转变。未来高比例新能源接入电网后，将对电力系统形态及运行机制产生深刻影响，需要新能源具备主动支撑控制能力，具备接近或高于同步电源的控制特性，支撑系统的电压、频率稳定以及提供备用容量。

2.3发电侧储能

2.3.1 发电侧储能技术

目前，可投入应用的储能技术有压缩空气储能、飞轮储能、锂电池储能、铅酸电池储能、蓄热储能等。电化学储能是电源侧储能领域最常见的一种储能形式，目前可投入商业化应用的主要是锂电池储能和铅酸电池储能技术

。随着近年来国内可再生能源大规模并网和火电机组调频辅助服务的需要，电化学储能迎来高速发展；飞轮储能技术具有有功与无功相对独立、负荷响应迅速、无污染等特点，近年来在电力系统中日益受到重视，飞轮储能技术在国内主要应用于数据中心、应急保障、电网侧储能调频等领域。

2.3.2 源储弹性拓展技术

在传统火电机组的发电侧，利用储能响应速度快、短时功率调节能力强等特点，与常规机组配合，可作为有效辅助调频手段且具有良好的经济效益。在可再生能源发电机组中，储能技术一方面能够保证新能源发电的稳定性和连续性，另一方面也可增强电网的柔性与本地消化新能源的能力。

3 电网侧

3.1电网韧性支撑

3.1.1网架构建和潜力挖掘技术

优化设计电力配网的网架结构。良好的配网网架结构是配电网能够正常、稳定、高效运行的基础。只有良好的网架结构才能为电力用户提供安全可靠的用电保障。对区域配电网的进行建设和改造必须要有先进的规划和设计的理念的引领。随着新能源发电装置和分布式发电装置在配电网中的比例越来越高，配电网的负荷密度越来越大及用户对用电可靠性和安全性要求的不断升高，因此建立起一套灵活、坚强、高适应性的网架结构能够充分提升系统鲁棒性，从源头上提高配电网弹性。

3.1.2 故障容错与恢复技术

在多元融合高弹性电网中，系统动态和静态数据的智能化采集技术较为成熟，可在调度端获得诊断单元所需的各类数据信息，为电网故障诊断提供了有利条件。因此，应考虑从电网、设备、生态及社会环境等方面出发，在多元化分布数据信息基础上，利用数据的冗余性识别错误数据、改善误差数据，增补缺失数据，以实现多元融合高弹性电网故障全过程的精确分析、定位、判断与处理。

3.2电网降损增效

3.2.1 柔性交直流输电技术

柔性交直流输电技术，可以有效解决清洁能源并网的问题。清洁能源的消纳、吸收、利用，各种分布式的能源接入电网需要电网具备更好的友好性，清洁能源能够即插查即用，同时要有更好的潮流调节控制和变换的能力。未来接入的不是一般的交流电站只接交流，以后柔性变电站，而是靠柔性交直流技术。柔性交直流输电技术包括两个主要的部分，一个是柔性直流输电技术。

3.2.2 配电网智能降损技术

配电网智能降损是在传统降损的基础上运用更加智能的技术手段以及正确的管理措施来降低损耗。降低线损的措施包括增加投资改造电网技术和在不增加投资基础上改善电网运行模式。如加强电网改造，合理实施无功补偿，提高电网的功率因素以及做好电网的建设工作，更换高耗能设备等。配电网智能降损应从以下四点入手：检测损耗、提高组件效率、提高运行效率、保持效率。

2.3 信息交互处理

2.3.1 能源大数据应用技术

能源大数据应用技术应用众多，涉及电网安全稳定运行、节能经济调度、供电可靠性、经济社会发展分析等诸多方面[4]。其核心就是如何利用负荷资源化进行有效管理，并反馈给电源侧和电网侧，达到供需匹配灵活的目标。能源大数据应用技术是以整个数据集合为研究对象的一项综合技术，是传感技术、信息通信技术、计算机技术、数据分析技术与专业领域技术的结合，是对传统的数据挖掘、数据分析技术的继承和发展.

2.3.2 “大云物移智链”信息技术

在建设多元融合高弹性电网过程中，将云端信息计算处理与大数据技术深度结合，利用移动互联网、通信、云存储和大数据云计算技术[5]，满足未来电网发展的信息化、智能化、海量数据存储与融合交互等业务需求，同时让用户无论在何时何地都可按自身实际需求订制并获取相关信息服务，便捷地掌握能源资源信息。另一方面，利用大数据信息处理技术，对用户用能习惯进行精确分析，为用户量身定制和推送能源综合利用优化方案。

4 售电侧

4.1电力市场机制优化

4.1.1 电力市场机制优化技术

在嘉兴“三高”的情景下，嘉兴电力市场需要统筹考虑电能量市场、容量市场、辅助服务市场、绿证市场，以及电-碳市场的关系等。通过这些既相互独立又相互联系、有机统一的市场，更加全面地体现各类电源与市场主体所具有的能量价值、容量价值、调节价值、绿色价值，较好地解决好各类市场主体的问题，促进源网荷储等各类市场主体的协调可持续发展，从而来推动嘉兴多元融合的高弹性电网的建设。

4.2售电侧智能服务

4.2.1 售电智能服务技术

新型售电公司对于用户，要进行电力营销，达成更多的售电交易合同；对于发电企业，要更精确地集合中小企业及个人用户的用电量，以其为筹码和发电企业进行议价。售电公司的综合服务除了满足用户的能源需求，还需要为用户提供降低能耗、提高能效等解决方案，通过智能终端，及时为用户推送电价信息、节能贴士、当地天气及交通情况等附加服务，拉近与用户的距离。

5 用户侧

5.1分布式能源及用户侧储能

5.1.1 分布式能源技术

分布式能源的接入，提高了配电网整体的短路容量，这对抑制区域配电网内的电压波动问题起着积极作用。在出现负荷冲击性投切等情况时，其电压波动大小相比传统配电网得到了削弱；分布式能源往往就近接入电力用户所在配电网，与负荷的距离较近能够快速及时地提供电能。将分布式能源纳入电网的统一调度理中，在用户负荷突然变化时，对分布式电源的输出功率进行相应调整，以补偿或抵消负荷的功率波动，达到抑制电压波动的效果。

5.1.2 用户侧储能技术

用户侧储能技术是在用户侧加装大量储能装置。用户侧储能的接入可以降低分布式电源对电网的影响，还可以提高电网的电能质量和供电可靠性，优化电网资源的配置[6]。近些年储能在用户侧应用的需求日趋显现，用户侧储能是个大市场。随着电池成本的下降、户用光伏的兴起和电动汽车的推广，用户侧储能在全球范围内展现出了良好的发展势头。在国内市场，目前投入运行的用户侧储能项目多集中在发挥削峰填谷、分时套利的作用上，在提供电网服务方面仍有较大发展空间。

5.2需求侧友好互动

5.2.1 可调节负荷建设技术

可调节负荷是指能够根据电价、激励或者交易信息，实现启停、调整运行状态或调整运行时段的需求侧用电设备、电源设备及储能设备[7]。可调节负荷建设包括工业企业生产负荷、生产辅助负荷、楼宇负荷、居民电器负荷及分散式储能、电动汽车等。利用市场化手段，在弃风、弃光、弃水时段，调动电制热储热、电制冷储冷、客户侧储能、电动汽车等可调节负荷资源参与深度调峰，提升电网用电负荷，促进清洁能源消纳利用。

5.2.2 多能需求响应技术

随着高弹性电网的发展，可以将冷、热、电等多种能源纳入需求响应范围内，即多能需求响应[8-9]。多能需求响应技术可以利用冷、热、电等不同能源的产能、用能需求在时间以及空间上的特性差异，实现多能互补。也意味着当用户改变对某一种或多种能源的需求时将会影响到另一种能源的供求关系。基于此，用户可对不同能源的需求进行调整，同样可以达到相同的削峰填谷、缓解用能紧张的效果[10]，实现多元用户的多能需求响应。

5.3源性负荷聚合调控

5.3.1 负荷聚合调控技术

5G通信及能源互联网技术的快速发展带动电动汽车、分布式储能等各类负荷终端装置的技术水平大幅提升，使得末端负荷的互联感知和可测可控成为可能。若通过高效的技术支撑创新手段结合市场化激励引导可调节负荷资源通过功率连续调节来响应电网调控，则可充分释放负荷侧资源的调控潜力和弹性，实现电网和用户的双向共赢。

5.3.2 多元负荷协同电网峰谷差优化技术

高峰谷差率场景下，由于源荷的双重不确定性导致峰谷差增大、网损增加、资产利用率降低，峰谷差值率越大，电力控制和电网调度的难度和复杂度就越大。用户侧具有和配网进行互动的潜力，一方面激励用户参与自动需求响应；另一方面积极调动用户侧源性负荷，将不同空间的可调节负荷、储能、分布式电源等一种或多种资源聚合起来，实现自主协调优化控制。既能提升电网整体的的资源调度水平，又能使用户自身获得更好的经济效益。

6 结语

未来高弹性电网应当是在能源互联网连接之下的，满足分布式可再生能源大规模接入，用户侧海量资源被唤醒，设备高度互联互通的智能电网。本文结合浙江高弹性电网建设的目标和现状，从电源侧、电网侧、售电侧、用户侧四个方面梳理了相应的关键技术，希望为高弹性电网建设提供相关发展经验，从而有利于高弹性电网的尽快建成。

参考文献

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[3]孙惠，翟海保，吴鑫. 源网荷储多元协调控制系统的研究及应用.电工技术学报，2021，36(15) : 3264-3271.

[4]刘成骏，吴英俊. 含海量资源的高弹性配电网形态演化与关键技术研究. 浙江电力，2020，39(12) : 20-27.

[5]曾鸣，杨雍琦，刘敦楠，等.能源互联网“源–网–荷–储”协调优化运营模式及关键技术 .电网技术，2016,40(1) :114-124

[6]余苏敏，苏浩，方陈，等.用户侧储能效益分析与经济运行研究综述.电力需求侧管理，2021，23(3) :1-7.

[7]宁剑，江长明，张哲，等.可调节负荷资源参与电网调控的思考与技术实践.电力系统自动化，2020，44(17) :1-9.

[8]田世明，王蓓蓓，张晶，等.智能电网条件下的需求响应关键技术.中国电机工程学报，2014，34(22) :3576-3589.

[9]黄豫，邵冲，郝洁，等.能源互联网环境下的多能需求响应技术. 电力需求侧管理，2020，22(5) :2-18.

[10]陈吉奂，刘强，李磊,等.国网浙江电力高弹性电网需求响应的探索和实践.电力需求侧管理，2020，22(6) :75-79.

作者简介：陈鼎，1976年3月，男，汉族，浙江嘉兴，硕士研究生，研究方向：电网规划、电力市场建设。