面向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同發(fā)展的有源配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究及量子應(yīng)用二四五二四五研究背景有源配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃邊界測算有源配電網(wǎng)網(wǎng)格劃分及評(píng)價(jià)體系有源配電網(wǎng)電力平衡及分層規(guī)劃基于量子計(jì)算的光伏功率預(yù)測實(shí)證2/29目錄一、研究背景國家政策要求源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同發(fā)展。2024年2月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于新形勢下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》,提出系統(tǒng)推進(jìn)配電網(wǎng)與源荷儲(chǔ)科學(xué)融合發(fā)展，以配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展助力新型能源體系和新型電力系統(tǒng)建設(shè)。配電網(wǎng)規(guī)劃方法面臨轉(zhuǎn)型需求。配電網(wǎng)面臨靈活性源-荷-儲(chǔ)資源大量并網(wǎng)，需要從傳統(tǒng)無源配電網(wǎng)規(guī)劃模式轉(zhuǎn)向適應(yīng)新能源消納、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同的新型有源配電網(wǎng)規(guī)劃方法。分布式光伏快速發(fā)展。海量分布式光伏接入配電網(wǎng)，分布式光伏發(fā)電的間接性與波動(dòng)性，給光伏出力的快速預(yù)測帶來了挑戰(zhàn)。0aW1第iwi錄I四四12.1網(wǎng)格供電負(fù)荷聚合分類及預(yù)測√離散化處理：對中壓網(wǎng)格負(fù)荷利用一階差分算法和分位數(shù)提取形態(tài)特征，將原始連續(xù)性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成離散化數(shù)據(jù)√聚類分析：利用K-modes算法對負(fù)荷離散化數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將負(fù)荷分為增長型、平緩型和衰退型√因素辨識(shí)：采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法得出三類負(fù)荷的影響因素與用電負(fù)荷之間的關(guān)聯(lián)度，辨識(shí)負(fù)荷預(yù)測關(guān)鍵影響因素√差異規(guī)劃：對網(wǎng)格負(fù)荷開展中長期預(yù)測，制定差異化的供電策略。例如衰退型規(guī)劃區(qū)域不再安排電網(wǎng)基建工程時(shí)序數(shù)增長型平緩型削減型2l20232025202720292031類型關(guān)聯(lián)度平均值人口戶數(shù)GDP溫度電價(jià)降雨量增長型0.3940.3450.7640.4390.5790.024平緩型0.4350.4450.7450.5430.5130.112衰退型0.5250.4310.4210.6450.2490.143表2不同負(fù)荷類型的負(fù)荷增長率負(fù)荷類型定義增長型負(fù)荷負(fù)荷平均增長率大于3%平緩型負(fù)荷負(fù)荷平均增長率介于-3%~3%衰退型負(fù)荷負(fù)荷平均增長率小于-3%4/295/29電動(dòng)汽車(EV)時(shí)空特性研究，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法調(diào)研得到安徽地區(qū)家用電動(dòng)汽車的時(shí)間特性電負(fù)荷的聚合模擬與研究。3-86-9圖5長時(shí)間入網(wǎng)EV電量調(diào)節(jié)域按用能特征，將供電負(fù)荷分為：可調(diào)節(jié)負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、可中斷負(fù)荷三類，構(gòu)建基于價(jià)格的負(fù)荷需求響應(yīng)模型，為后續(xù)場景劃分提供支撐。研究結(jié)論：可中斷負(fù)荷對于激勵(lì)價(jià)格的敏感程度最高，是三者中最優(yōu)的需求響應(yīng)資源?？赊D(zhuǎn)移負(fù)荷模型：可中斷負(fù)荷模型CLAr可中斷負(fù)荷曲線需求響應(yīng)系數(shù)p響應(yīng)系數(shù)p可調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線AL.AALLBArBL.A激勵(lì)價(jià)格x6/296/29單獨(dú)統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)集中式光伏、風(fēng)電的出力特征，通過曲線擬合以互補(bǔ)率最高為目標(biāo)測算規(guī)劃年的風(fēng)光最優(yōu)容量組合。研究結(jié)論：1.以安徽省蚌埠市某規(guī)劃區(qū)域?yàn)槔L(fēng)光最優(yōu)容量組合為7:3。2.風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)出力更加平穩(wěn)，大部分情況下變化絕對值(15min)小于總?cè)萘康?5%。一互補(bǔ)出力圖7風(fēng)光互補(bǔ)出力曲線圖8風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)15min出力變化的概率分布分布式電源概率出力預(yù)測方法研究：研究光照強(qiáng)度、溫度等對分布式電源出力特性的影響，構(gòu)建量子長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(LSTM)a國95模型，用于預(yù)測分布式光伏出力，并開展了預(yù)測效果模擬驗(yàn)證。圖10基于量子長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測框架圖8/299/29√安徽經(jīng)研院提出《國網(wǎng)安徽電力配電網(wǎng)中壓網(wǎng)格劃分準(zhǔn)則》,基于行政區(qū)劃、自然地理、交通要素、電網(wǎng)規(guī)模、管理因素、源荷校驗(yàn)等方面提出了中壓網(wǎng)格范圍劃分六大校驗(yàn)規(guī)則，支撐完成了安徽公司“十五五”配電網(wǎng)規(guī)劃全量中壓網(wǎng)格的供電范圍優(yōu)化劃分工作。行政區(qū)劃自然地理交通要素行政邊界縣邊界河流山丘鐵路高速行政市(區(qū))湖泊國省道快速路電網(wǎng)規(guī)模管理校驗(yàn)源荷校驗(yàn)供電單元線路分公司供電所大用戶新能源滲透率以源荷校驗(yàn)為例，單一網(wǎng)格內(nèi)新能源滲透率上限約束為：變電站供電縣公司無效供電區(qū)域可靠性要求>以供電單元?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)量最少和各供電單元內(nèi)轉(zhuǎn)供線路最大負(fù)載率均衡為目標(biāo)，建立多目標(biāo)供電單元?jiǎng)澐帜Ｐ蛯╇妴卧乩斫Y(jié)構(gòu)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、新能源出力等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，并進(jìn)行規(guī)格化處理，生成初始種群，應(yīng)用遺傳算法，輸出供電單元?jiǎng)澐肿顑?yōu)方案。SS圖12實(shí)例地理信息圖13-1供電單元初步劃分結(jié)果圖13-2供電單元最終劃分結(jié)果三、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同發(fā)展的有源配電網(wǎng)網(wǎng)格規(guī)劃配電變壓器供電區(qū)域一般為類圓形，饋線供電區(qū)域?yàn)轭惿刃螀^(qū)域。因此，從幾何角度來看，將配電臺(tái)區(qū)劃分問題轉(zhuǎn)化為在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)劃分多個(gè)扇形的問題應(yīng)用K均值聚類算法的思想，結(jié)合配電單元?jiǎng)澐值膶?shí)際需求，提出K中心線負(fù)荷聚類算法，形成臺(tái)區(qū)初步劃分結(jié)果。>考慮幾何距離、負(fù)荷加權(quán)因子、峰谷差加權(quán)因子后，對配電臺(tái)區(qū)供電范圍進(jìn)行規(guī)劃優(yōu)化。變壓器負(fù)荷點(diǎn)變壓器·負(fù)荷點(diǎn)一負(fù)荷歸屬←初始中心線←下一次中心線變壓器負(fù)荷點(diǎn)幾何距離負(fù)荷加權(quán)因子峰谷差加權(quán)因子安徽經(jīng)研院創(chuàng)新提出中壓網(wǎng)格“六維”量化分級(jí)評(píng)價(jià)體系。以配網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)，將供電網(wǎng)格的電網(wǎng)水平分解為供消能力、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、智能化水平、裝備水平、電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行六個(gè)方面，形成中壓網(wǎng)格評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。供消能力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)智能化水平裝備水平供電質(zhì)量經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線路負(fù)載率平均值標(biāo)準(zhǔn)化接線率饋線自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化覆蓋率老舊線路占比全口徑電壓合格率分線線損達(dá)標(biāo)率臺(tái)區(qū)負(fù)載率平均值有效聯(lián)絡(luò)率全自動(dòng)FA投入率老舊配變占比供電可靠率分臺(tái)線損達(dá)標(biāo)率重過載線路占比單輻射占比中壓架空線路絕緣化率頻停頻跳設(shè)備占比高損配變占比重過載配變占比低電壓臺(tái)區(qū)占比圖14中壓網(wǎng)格“六維”量化分級(jí)評(píng)價(jià)體系12/29通過層級(jí)分析法，設(shè)置一、二級(jí)指標(biāo)合理權(quán)重，其中主要指標(biāo)權(quán)重均高于輔助指標(biāo)。一級(jí)指標(biāo)一級(jí)權(quán)重指標(biāo)類型三級(jí)指標(biāo)二級(jí)權(quán)重線路負(fù)載率平均值(%)臺(tái)區(qū)負(fù)載率平均值(%)重過載線路占比(%)重過載配變占比(%)標(biāo)準(zhǔn)化接線率(%)有效聯(lián)絡(luò)率(%)單輻射占比(%)全自動(dòng)FA投入率(%)老舊線路占比(%)老舊配變占比(%)中壓架空線路絕緣化率(%)全口徑電壓合格率(%)35%供電可靠率(%)頻停頻跳設(shè)備占比(%)低電壓臺(tái)區(qū)占比(%)分線線損達(dá)標(biāo)率(%)分臺(tái)線損達(dá)標(biāo)率(%)高損配變占比(%)應(yīng)用中壓網(wǎng)格“六維”量化分級(jí)評(píng)價(jià)體系，對安徽省全部中壓網(wǎng)格定期(逐月)開展線上評(píng)分根據(jù)得分情況，將電網(wǎng)基礎(chǔ)薄弱、中等、良好的網(wǎng)格分別一鍵評(píng)級(jí)為“紅色、黃色、藍(lán)色”,客觀評(píng)價(jià)網(wǎng)格發(fā)展水平，指導(dǎo)配電網(wǎng)投資方向。黑PeNn出開H2”a四、有源配電網(wǎng)電力平衡及分層規(guī)劃傳統(tǒng)配電網(wǎng)向有源配電網(wǎng)演變，使規(guī)劃問題進(jìn)一步復(fù)雜化，主要原因有：口形態(tài)演變路徑復(fù)雜口多要素協(xié)同規(guī)劃復(fù)雜多場景推演及協(xié)調(diào)規(guī)劃決策驅(qū)動(dòng)要素的差異性>驅(qū)動(dòng)要素的耦合性形態(tài)演變路徑的多樣性演化路徑演化路徑規(guī)劃要素的行為特征差異>運(yùn)行與規(guī)劃的緊密結(jié)合>復(fù)雜場景下的評(píng)估與決策人有源配電網(wǎng)有源配電網(wǎng)場景推演協(xié)調(diào)規(guī)劃評(píng)估決策圖17關(guān)鍵問題結(jié)構(gòu)圖15/29四、有源配電網(wǎng)電力平衡及分層規(guī)劃基于上述源荷特性分析，構(gòu)建了考慮儲(chǔ)能接入的有源配電網(wǎng)電力電量平衡場景傳統(tǒng)方法：按最嚴(yán)重情況進(jìn)行各種典型運(yùn)行方式下的電力平衡，采用電力平衡表進(jìn)行新增設(shè)備容量計(jì)算。概率方法：適度考慮運(yùn)用靈活性資源，降低電網(wǎng)投資成本。電力分層平衡方法：綜合考慮配電網(wǎng)范圍內(nèi)源荷儲(chǔ)之間的平衡，電力電量平衡以分布式發(fā)電優(yōu)先就地消納為基礎(chǔ)進(jìn)行。率主動(dòng)方法：儲(chǔ)能作為平抑負(fù)荷或分布式電源不確定性的手段，避免切負(fù)荷或棄電情況的發(fā)生。四、有源配電網(wǎng)電力平衡及分層規(guī)劃計(jì)及分布式資源的10kV配電網(wǎng)格內(nèi)的電力平衡表(概率平衡方法)序號(hào)分項(xiàng)新增線路容量計(jì)算備注電力平衡(饋入型)電力平衡(上送型)全社會(huì)負(fù)荷(MW)PmaxL-PminG和最大時(shí)刻對應(yīng)的全社會(huì)負(fù)荷參與平衡的新能源裝機(jī)容量(MW)+針對負(fù)荷和電源電力平衡分別按不同可信度計(jì)入，如光伏可信度分別取為0.15和0.820kV及以上大用戶負(fù)荷(MW)+220kV變電站35kV、20kV直供負(fù)荷(MW)-+10KV及以下常規(guī)電源(MW)+參與平衡的儲(chǔ)能裝機(jī)容量(MW).-按額定功率的某一可調(diào)節(jié)裕度計(jì)入，如70%~100%參與平衡的電動(dòng)汽車V2G充電設(shè)施容量(MW)按額定功率的某一可調(diào)節(jié)裕度計(jì)入，如50%參與平衡的需求側(cè)響應(yīng)負(fù)荷(MW)--按最大負(fù)荷的某一比例計(jì)入，如3%10kV網(wǎng)供負(fù)荷/電源(MW)P?=sum(2:8)-PminGsum(2:8)表示第2~8項(xiàng)求和現(xiàn)狀10kV線路總?cè)萘?MW)PoPo計(jì)算需新增10kV線路容量(MW)max{|PL|-Po,0}max{|PGl-Po,0}四、有源配電網(wǎng)電力平衡及分層規(guī)劃為客觀衡量分布式電源對電力電量平衡貢獻(xiàn)的大小，從可靠性角度評(píng)估分布式電源的置信容量構(gòu)建考慮分布式電源接入的供電單元雙層規(guī)劃模型，下層對供電單元內(nèi)部分布式電源、儲(chǔ)能、負(fù)荷進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，上層基于下層優(yōu)化策略，根據(jù)潮流的雙向流動(dòng)決策變電站和線路建設(shè)改造上層規(guī)劃層亙標(biāo)函數(shù):現(xiàn)劃成禾+運(yùn)行成本□規(guī)劃方案上下互動(dòng)供電單元層目標(biāo)：綜合成本最小決策：變電站是否增容、配電線路是否運(yùn)行策略升級(jí)改造供電網(wǎng)格層目標(biāo)：綜合成本最小+新能源自消納率最大決策：變電站選址定容、儲(chǔ)能選址定容、集中式新能源并網(wǎng)位置決策變量：DG出力、儲(chǔ)能充放電功率、約束：變壓器、線路選型約束雙向湖流安全約束儲(chǔ)能、新能源出力約束A約束；變電站投資約束儲(chǔ)能投資約束最大供電半徑約束變電站N-1安全約束…四、有源配電網(wǎng)電力平衡及分層規(guī)劃minC=C5+CL+CE基于供電單元規(guī)劃結(jié)果，同時(shí)充分計(jì)及集中式新能源并網(wǎng)情況，在網(wǎng)格層進(jìn)行變電站和儲(chǔ)能聯(lián)合規(guī)劃，構(gòu)建變電站-儲(chǔ)能聯(lián)合多目標(biāo)規(guī)劃模型√目標(biāo)1:總成本最小√目標(biāo)2:網(wǎng)格新能源自消納率最大四、有源配電網(wǎng)電力平衡及分層規(guī)劃以綜合成本最小為目標(biāo)，建立計(jì)及分布式資源(DR)和分布式電源不確定性的分階段變電站魯棒規(guī)劃模型變電站編號(hào)條件一條件二條件三條件四容量/變電站編號(hào)條件一條件二條件三條件四容量/負(fù)載率容量/負(fù)載率/%容量/負(fù)載率/%容量/負(fù)載率13×5055.223×4056.743×4056.123×4054.0123×4056.8633×5058.423×5058.653×5058.343×4064.2553×5059.733×4061.423×4060.263×4058.6263×5055.883×4059.392×5058.932×5057.283×4058.813×4057.283×4056.673×4054.672×5047.343×4056.563×4056.253×4080.143×5055.593×4058.332×5048.442×5045.37(·條件三：在條件二基礎(chǔ)上考慮儲(chǔ)能接入(-638.25萬元)·條件四：在條件三基礎(chǔ)上考慮EV充放電(-661.55萬元)研究結(jié)論：1.確定了綜合成本最優(yōu)的變電站選址定容方案。2.變電站規(guī)劃綜合成本對需求響應(yīng)因素最敏感，其次是電動(dòng)汽車集中充放電因素(基于典型案例)。0/29四、有源配電網(wǎng)電力平衡及分層規(guī)劃立了各利益主體收益模型，確定了源網(wǎng)荷儲(chǔ)各利益主體的優(yōu)化目標(biāo)(分布式電源運(yùn)營商將以最大化自身收益為目標(biāo)，配電網(wǎng)運(yùn)營算例證明了經(jīng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)博弈運(yùn)行后，網(wǎng)格內(nèi)部的平均負(fù)載率、新能源消納率、峰谷差率等指標(biāo)優(yōu)化顯著?！虜?shù)據(jù)清洗：對采集的氣象、光伏電站出力等數(shù)據(jù)開展數(shù)據(jù)清洗，檢測和修正錯(cuò)誤、缺失、冗余數(shù)據(jù)?！滔嚓P(guān)性分析：對有可能影響光伏出力的光照、風(fēng)速、濕度等10個(gè)環(huán)境因素進(jìn)行相關(guān)性分析，最終確定將日照強(qiáng)度與溫度作為光伏出力模型的輸入因子。皮爾遜相關(guān)系數(shù)相對22/29基于雙重注意力和QLSTM的光伏發(fā)電功率預(yù)測模型圖23/29五、基于量子計(jì)算的光伏功率預(yù)測實(shí)證構(gòu)建基于量子長短期記憶網(wǎng)絡(luò)的光伏發(fā)電功率預(yù)測模型(QLSTM)(1)使用奇異譜分析，將時(shí)間序列數(shù)據(jù)分解成若干成分。(2)使用QLSTM,對序列數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，以捕捉時(shí)間序列中的關(guān)鍵信息。h(3)使用雙重注意力，提升光伏功率算法對于不同時(shí)刻和不同特征重要程度的學(xué)習(xí)能十hCt-1ftvQG一h-1一Cti可vQCvQC22*CtCtht×ht深度分割QLSTM模型圖奇異譜分析：將歸一化后的光伏發(fā)電功率序列組成一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，并進(jìn)行奇異譜分析，選擇保留的主要成分?jǐn)?shù)量。利用選擇主成分，通過反奇異值分解，將時(shí)間序列重新組成一組子序列。引入時(shí)序注意力：使算法能夠在預(yù)測的過程中自適應(yīng)地調(diào)整對不同光伏出力時(shí)刻的關(guān)注程度。引入特征注意力：使算法根據(jù)氣象數(shù)據(jù)的不同特征動(dòng)態(tài)地調(diào)整權(quán)重。H→G→H→夠-夠默認(rèn)初始版本的變分量子線路VQC-v1盈含參雙量子比特門的量子線路VQC-v2一盈燃盟一盥燃盈盈盈盈盈盈一MXAX含參雙量子比特門的量子線路VQC-v39一一藍(lán)—盈—照24/29三個(gè)量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，v1和v3的經(jīng)典信息量子編碼模塊為HRYRZ,v2為RX量子邏輯門模塊24/29不同預(yù)測模型對比，QLSTM模型展現(xiàn)出更穩(wěn)定的收斂特性，其損失函數(shù)曲線的波動(dòng)顯著減少，