余贻鑫分层分群的电网体系结构与储能市场格局(余贻鑫，22ps,20分钟稿,to会议)_16比9[1]

分层分群的电网体系结构与储能市场格局余贻鑫中国工程院院士天津大学教授、博导yixinyu@tju.edu.cn2022.09.07第12届中国国际储能大会. 杭州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。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报告内容I.互联（输电）系统的体系结构⚫互联系统发电和潮流控制理论[1]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。I.1 互联（输电）系统中平衡区的概念[1] BN Cohn. Control of Generation and Power Flow on Interconnected Systems [M]. New York: John Wiley & Sons,Ltd, 1966: 1-100.➢ 每个BA都有① 发电和负荷;② 智 能 控 制 （ 如EMS）和通信。⚫BA的定义：➢ BA包括如下三个基本功能：① 进行发电/负荷调度(Dispatch)；② 当地的反馈控制，用于平滑波动；③ 通过削减发电/负荷来缓解故障。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；I.2 互联系统 (由若干互联的BAs组成）群集运行规范⚫ 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[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。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。II.1 电网体系结构改变的原动力文献[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——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。互联输电系统区域输电系统A区域输电系统L配电网A配电网M微电网A微电网N建筑单元A建筑单元O建筑物群集（Clusters）微网群集配电网群集区域输电系统群集电网分层分群（群集嵌套）体系结构（或称集群的自然层次结构）示意图（配电网中也可能直接包括建筑单元）如右图所示——“分层分群”⚫ 输电系统（互联电力系统）是若干个平衡区BA（即区域性输电网-功率平衡区）互联起来的群集（clusters），每个BA是一个集群（cluster）[注2]；⚫ 每个区域性输电网是若干个配电网互联起来的群集；⚫ 每个配电网是若干个微网、建筑单元组成的群集；⚫ 每个微网又可以是由若干个建筑单元互联起来的群集。[注2] 网络的基本单位——集群（Cluste...