智能电网与负荷调度
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电网运行方式的革命
智能电网与负荷调度
西安交通大学 王锡凡
xfwang@xjtu.edu.cn
智能电网的重要促进因素
电源结构的转变
电力工业是温室气体的重要来源
煤电1kWh，要排放1kg的CO2 温室气体中CO2占80%，大约40%的CO2 是发电厂排放的
我国减少温室气体排放的目标
我国承诺：到2020年，单位GDP的CO2排 放量比2005年下降40%～45%（每年单位 GDP的CO2排放量大致应下降5%） 即使完成上述目标，我国2020年的总排放 量将大幅提高，（以2005年排放总量为100%）
发电调度
目前采用，也是传统的调度方式 发电出力可控，开停可控 根据负荷预测，必须解决： 机组开停问题 经济运行问题 最优潮流问题
负荷调度
未来的电力系统可再生能源发电的比重有明 显的增加 风电、光电等可再生能源发电的出力是不可 控的 利用常规电源控制不一定经济 增加装机容量及投资（1:1打捆） 提高常规电源的发电成本（0.1c/kWh) 采用负荷控制可能更合理
负荷调度的特点
调度对象多而分散 每个调度对象可控的功率很小 通信手段与发电调度不同 调度命令不同 需要智能微电网
电力市场是负荷调度的运营平台
电源结构复杂化，应发挥市场优化资源配置作用 竞价、电价、辅助服务、过网费等 我国电力市场不能满足要求 厂网分开，输配未分开 调度职能，应属事业单位 负荷调度的执行者应该是供电局
GDP增长率 7% 8% 9% GDP总量 单位GDP排放量 276% 317% 364% 0.6 ～0.55 0.6 ～0.55 0.6 ～0.55 排放总量 166%--152% 190%--174% 219%--200%
2020年我国温室气体排放形势
我国2009年的排放总量65亿吨，美国2009年 的排放总量58亿吨，
过渡方案1，2的电源结构
我国2005-2020年电源结构
亿kW 总装机 煤电 水电（抽蓄） 核电 2005 5.2 3.9 1.17
（75.0%）
2015 13.35 9.07（67.94%） 2.97（22.25%） 0.4
（29.96%）
2020 16.46 11.3（68.65%） 3.74（22.72%） 0.82（4.98%） 1.60（9.72%）
负荷调度
有一部分负荷的用电时间是灵活的，如加热 、制冷、电动汽车等 储能设备，如电动汽车电池的充电设备 利用这些可控负荷追踪风电、光电等可再生 能源发电的出力变化 调度负荷来平衡预测的风电、光电等的出力 曲线
电力系统运行方式的变革
发电调度 负荷调度 可控电源 可控负荷 平衡 平衡 不可控负荷 不可控电源
（China Daily 2010-10-07）
我国排放量大约达到100亿吨。 我国的排放量为美国的一倍以上。 我国排放量达到世界总排放量的一半。 我国人均排放量超过世界人均排放量平均值 一倍。
英国能源6个过渡方案（Pathways）
目标：2050年至少减排80% DECC组织专家研究并提出了6种达到此目 标的具体路线（Pathways） 这6个过渡方案只是可行方案，用来征求意 见，既非政府的意图，也不一定是最优方案 每个过渡方案包括：逐年能源需求、电源结 构、能源供应和减排过程
汽车（Car）占80%，其中用电的占80%
汽车年耗电能600×0.8×0.8=384TWh， 大于可再生能源发电量300TWh 电力系统可调度电动汽车的充电时间，采用 负荷追踪发电的方式，满足功率平衡
负荷调度的种类
平衡可再生能源发电 削峰填谷 调节输电网潮流
智能电网（负荷调度）的效益
降低可再生能源发电接入电网的费用 降低电网损耗 降低发电机组的备用容量，减少投资 提高输电设备的利用率，减少投资
结论与呼吁
电力市场是未来电力系统的运营平台，只有 大力促进我国电力市场改革，智能电网才能 发挥作用。 合理的电价体系对电力系统的正常健康运行 至关重要，而且对国计民生有重要影响。要 树立科学和长远的改革目标。
谢谢！
智能电网是操作平台 电力市场是运营平台 电价是负荷调度的驱动力
负荷调度的可行性（案例分析）
英国DECC的Pathways 目标：温室气体到2050年至少减排80% 6个过渡方案可行方案 每个过渡方案包括：逐年能源需求、电源结 构
Leabharlann Baidu
负荷调度的可行性（案例分析）
负荷调度的可行性（案例分析）
2050年可在生能源发电量约300TWh 2050年交通耗能600TWh：
（22.5%）
0.068（1.31%）
(1.15%)
可再生能源发电 0.06
0.91（6.82%）
能源革命给电力系统带来的变化
不可控电源：可再生能源 可控负荷： 电动汽车
智能电网特点
吸纳大量可再生能源 供电系统与用户互动 负荷调度是智能电网的重要标志和功能
负荷调度的基本思路
电力平衡是电力系统运行的核心问题 电力调度是解决电力平衡的手段 发电调度：电源可控，负荷不可控 负荷调度：负荷可控，电源不可控
电价是负荷调度的驱动力
峰谷电价，实时电价是负荷调度的驱动力 我国电价改革应树立长远科学的目标 电价引导正确合理用电，而非限电
负荷最优调度模型
关键约束： 可控负荷量（kW）= 风光发电的出力 输变电容量的约束 安全和电压质量约束 目标函数：网损最小 涵盖负荷调度的最优潮流
负荷最优调度模型
削峰填谷在算法上容易实现，属单节点问题 调节输电网潮流，将给电力系统分析带来较 大挑战，属多节点、多时段问题 模型复杂 计算量大
负荷调度对可靠性的影响
北美可靠性委员会的研究报告 负荷特性的改变 电力系统分析软件的更新 对电力系统规划原则和方法影响很大
结论与呼吁
节能减排促进的能源革命浪潮中，电源和电 力负荷发生巨大变化，智能电网应运而生。 大规模不可控的风电、光电等并网时，采用 发电调度的方式进行电力平衡不一定经济。 采用负荷调度的方式追踪不可控电源的预测 出力曲线可能是一种未来电力系统调度的有 效补充方式。 采用负荷调度控制输电潮流可降低网损、提 高可靠性和提高输变电利用率。
智能电网与负荷调度
西安交通大学 王锡凡
xfwang@xjtu.edu.cn
智能电网的重要促进因素
电源结构的转变
电力工业是温室气体的重要来源
煤电1kWh，要排放1kg的CO2 温室气体中CO2占80%，大约40%的CO2 是发电厂排放的
我国减少温室气体排放的目标
我国承诺：到2020年，单位GDP的CO2排 放量比2005年下降40%～45%（每年单位 GDP的CO2排放量大致应下降5%） 即使完成上述目标，我国2020年的总排放 量将大幅提高，（以2005年排放总量为100%）
发电调度
目前采用，也是传统的调度方式 发电出力可控，开停可控 根据负荷预测，必须解决： 机组开停问题 经济运行问题 最优潮流问题
负荷调度
未来的电力系统可再生能源发电的比重有明 显的增加 风电、光电等可再生能源发电的出力是不可 控的 利用常规电源控制不一定经济 增加装机容量及投资（1:1打捆） 提高常规电源的发电成本（0.1c/kWh) 采用负荷控制可能更合理
负荷调度的特点
调度对象多而分散 每个调度对象可控的功率很小 通信手段与发电调度不同 调度命令不同 需要智能微电网
电力市场是负荷调度的运营平台
电源结构复杂化，应发挥市场优化资源配置作用 竞价、电价、辅助服务、过网费等 我国电力市场不能满足要求 厂网分开，输配未分开 调度职能，应属事业单位 负荷调度的执行者应该是供电局
GDP增长率 7% 8% 9% GDP总量 单位GDP排放量 276% 317% 364% 0.6 ～0.55 0.6 ～0.55 0.6 ～0.55 排放总量 166%--152% 190%--174% 219%--200%
2020年我国温室气体排放形势
我国2009年的排放总量65亿吨，美国2009年 的排放总量58亿吨，
过渡方案1，2的电源结构
我国2005-2020年电源结构
亿kW 总装机 煤电 水电（抽蓄） 核电 2005 5.2 3.9 1.17
（75.0%）
2015 13.35 9.07（67.94%） 2.97（22.25%） 0.4
（29.96%）
2020 16.46 11.3（68.65%） 3.74（22.72%） 0.82（4.98%） 1.60（9.72%）
负荷调度
有一部分负荷的用电时间是灵活的，如加热 、制冷、电动汽车等 储能设备，如电动汽车电池的充电设备 利用这些可控负荷追踪风电、光电等可再生 能源发电的出力变化 调度负荷来平衡预测的风电、光电等的出力 曲线
电力系统运行方式的变革
发电调度 负荷调度 可控电源 可控负荷 平衡 平衡 不可控负荷 不可控电源
（China Daily 2010-10-07）
我国排放量大约达到100亿吨。 我国的排放量为美国的一倍以上。 我国排放量达到世界总排放量的一半。 我国人均排放量超过世界人均排放量平均值 一倍。
英国能源6个过渡方案（Pathways）
目标：2050年至少减排80% DECC组织专家研究并提出了6种达到此目 标的具体路线（Pathways） 这6个过渡方案只是可行方案，用来征求意 见，既非政府的意图，也不一定是最优方案 每个过渡方案包括：逐年能源需求、电源结 构、能源供应和减排过程
汽车（Car）占80%，其中用电的占80%
汽车年耗电能600×0.8×0.8=384TWh， 大于可再生能源发电量300TWh 电力系统可调度电动汽车的充电时间，采用 负荷追踪发电的方式，满足功率平衡
负荷调度的种类
平衡可再生能源发电 削峰填谷 调节输电网潮流
智能电网（负荷调度）的效益
降低可再生能源发电接入电网的费用 降低电网损耗 降低发电机组的备用容量，减少投资 提高输电设备的利用率，减少投资
结论与呼吁
电力市场是未来电力系统的运营平台，只有 大力促进我国电力市场改革，智能电网才能 发挥作用。 合理的电价体系对电力系统的正常健康运行 至关重要，而且对国计民生有重要影响。要 树立科学和长远的改革目标。
谢谢！
智能电网是操作平台 电力市场是运营平台 电价是负荷调度的驱动力
负荷调度的可行性（案例分析）
英国DECC的Pathways 目标：温室气体到2050年至少减排80% 6个过渡方案可行方案 每个过渡方案包括：逐年能源需求、电源结 构
Leabharlann Baidu
负荷调度的可行性（案例分析）
负荷调度的可行性（案例分析）
2050年可在生能源发电量约300TWh 2050年交通耗能600TWh：
（22.5%）
0.068（1.31%）
(1.15%)
可再生能源发电 0.06
0.91（6.82%）
能源革命给电力系统带来的变化
不可控电源：可再生能源 可控负荷： 电动汽车
智能电网特点
吸纳大量可再生能源 供电系统与用户互动 负荷调度是智能电网的重要标志和功能
负荷调度的基本思路
电力平衡是电力系统运行的核心问题 电力调度是解决电力平衡的手段 发电调度：电源可控，负荷不可控 负荷调度：负荷可控，电源不可控
电价是负荷调度的驱动力
峰谷电价，实时电价是负荷调度的驱动力 我国电价改革应树立长远科学的目标 电价引导正确合理用电，而非限电
负荷最优调度模型
关键约束： 可控负荷量（kW）= 风光发电的出力 输变电容量的约束 安全和电压质量约束 目标函数：网损最小 涵盖负荷调度的最优潮流
负荷最优调度模型
削峰填谷在算法上容易实现，属单节点问题 调节输电网潮流，将给电力系统分析带来较 大挑战，属多节点、多时段问题 模型复杂 计算量大
负荷调度对可靠性的影响
北美可靠性委员会的研究报告 负荷特性的改变 电力系统分析软件的更新 对电力系统规划原则和方法影响很大
结论与呼吁
节能减排促进的能源革命浪潮中，电源和电 力负荷发生巨大变化，智能电网应运而生。 大规模不可控的风电、光电等并网时，采用 发电调度的方式进行电力平衡不一定经济。 采用负荷调度的方式追踪不可控电源的预测 出力曲线可能是一种未来电力系统调度的有 效补充方式。 采用负荷调度控制输电潮流可降低网损、提 高可靠性和提高输变电利用率。