互动电网（精选七篇）
互动电网 篇1
互动电网既是下一代全球电网的基本模式, 也是中国电网现代化的核心。实际上, 互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。从技术上讲, 互动电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成, 也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成, 对于推动新技术革命具有直接的综合效果。由此, 智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。互动电网学说的本质就是以信息革命的造发性标准和技术手段大规模推动工业革命最重要财产———电网体系的革新和升级, 建立消费者和电网管理者之间的互动。
互动电网 篇2
关键词：微电网；配电网；互动；效益
引言：微电网主要由风力发电、小水力发电、太阳能光伏发电、生物质能发电、柴油发电、燃气发电、燃料电池以及蓄电池组等发电能源在任意组合的基础上，加上控制和计量装置而成的独立分散型发电系统。
1.微电网的特点
微电网是相对于传统的大电网而言的能源网络，主要构成是储能装置、分布式电源、能量转换装置、电力负荷装置、监督检测装置和保护装置等。它是一个小型的可以自行管理、控制和保护的配电系统。它在功率平衡控制、故障检测、系统运行优化、电能质量管理与保护等方面具有自治能力。微电网的发电能源都是可再生能源，具有清洁、安全、经济、便捷和利用率高等方面的特点。在当前能源枯竭和环境破坏严峻的局面下，将微电网的稳控性、绿色能源性、高效便捷性等特点发挥到最大限度，整合配电网的优势，实现与配电网和负荷之间信息及能量间的互动，形成多元化互补的智能化发电网络成为必然趋势。
2.微电网与配电网的互动模式及表现
微电网和配电网相互结合并互补，主要的互动模式有三种，即：社会性互动、经济性互动和技术性互动。这三种互动模式分别在社会用电层面、经济效益层面和技术支持层面进行互动。微电网与配电网互动的表现形式主要分為三种，分别是电力平稳运行下的负荷经济分配、高负荷情况下输出功率的调节和应急状态下支持大电网的安全运行方式。如图一所示是微电网并入配电网的结构图。
3.微电网与配电网互动的综合效益
首先，微电网与配电网互动可以互补，将利益最大化。将微电网这种分布式发电网络与配电网结合，可以提高配电网的管理效率和优化控制模式。微电网的灵活、智能化、可控性、绿色性等优势有效的解决了配电网的高消耗、高破坏、超负荷等方面的缺点。微电网与配电网互动所产生的综合效益主要从技术、经济和社会三方面着手分析：
3.1技术效益。微电网和配电网互动在技术层面带来的技术效益主要表现在以下几点：第一，微电网与配电网互动，能够提高配电网对分布式能源的利用率，一方面可以提升配电网电压质量的稳定性，另一方面又可以最大限度的降低配电网层级降压方式带来的电能损耗和环境破坏；第二，在电力系统的安全运行和可靠性上，微电网和配电网共同在平稳运行情况下满足用户的不同用电需求，在紧急情况下，微电网的独立可控性和自治性发挥作用，能够迅速切换并检测故障，自我治理，保障用户的用电不间断和安全性：第三，微电网与配电网互动能够改善配电网的控制及运营管理缺陷。配电网在分布式供电、供电可靠性和安全性上都存在很大的弊端，导致配电网在运营管理和控制上都困难重重，而微电网的智能接入，可以直接弥补以上缺点，并且降低了经济成本和管理难度。
3.2经济效益。微电网与配电网互动带来的经济效益是当前微电网得以发展的最关键因素，也是电力系统得以看好微电网的重要原因。配电网的巨大经济投入和产出不成正比，而微电网的接入可以降低电网投资的成本、降低燃料成本，并且在电网的投资效益、售电效益和热备用效益等方面的作用都比较突出，极大的提高了整个电力系统的经济效益。在基于经济效益层面，微电网绝对是不二选择。
3.3社会效益。社会效益方面主要是在环境保护、新能源开发、节能减排、绿色电力发展、用户满意度和社会进步发展等方面的作用。微电网的能源安全、清洁，具有可再生性，与配电网互动可以降低电能损耗，提高能源利用率，保证电网运行的安全性和可靠性，从而提高用户满意度并维护社会经济的高速发展。如图二所示，是微电网与配电网互动的综合效益。
结语：当前经济社会发展对电能的需求越来越大，传统的供电方式已经无法满足日益增长的用电量并危及用电安全。面对能源枯竭和环境保护难题，我们必须寻求新能源并传统供电方式升级换代，实现可持续发展。微电网与配电网互动模式下所产生的环保、安全、经济、高效等巨大的经济和社会效益，为智能化绿色电力发展、电力市场改革、智能家居建设、绿色能源交通工具发展等方面都提供了可靠的保证。微电网促进了可再生能源的柔性就地消纳，与配电网结合共同服务用户，在用电安全、可靠性、低投入、高产出方面优化升级电力系统。成为当前电网技术发展和前进的必然趋势。
互动电网 篇3
互动电网既是下一代全球电网的基本模式, 也是中国电网现代化的核心。实际上, 互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。从技术上讲, 互动电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成, 也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成, 对于推动新技术革命具有直接的综合效果。由此, 智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。互动电网学说的本质就是以信息革命的造发性标准和技术手段大规模推动工业革命最重要财产———电网体系的革新和升级, 建立消费者和电网管理者之间的互动。
面向智能电网的互动式节能调度分析 篇4
智能电网在优化资源配置、节能减排扥方面发挥着至关重要的作用, 对于创建资源节约型、环境友好型社会具有重大意义。节能调度作为智能电网的重要组成部分, 为缓解气候变暖、降低环境污染以及解决能源短缺等问题提供了可靠的帮助。新时期, 面向智能电网的互动式节能调度, 采用多样化的互动节能调度模型, 实现电力用户、电力企业的节能互动, 进而实现节能减排、降低能耗的目标。因此, 文章针对面向智能电网互动式节能调度的研究具有非常重要的现实意义。
2 互动式节能调节模型分析
2.1 智能多代理模型
智能多代理模型能够有效的协调电力用户、电力企业以及电网三者之间的关系, 在互动的过程中控制和处理各种问题, 该种模型是在互动式调节中增加了机动性、中介性以及智能性等代理模型。
2.2 调度计划时间颗粒度优化模型
调度计划的时间颗粒度通常为一个固定值, 在互动式调节调度中通常为15分钟, 为了提高调度计划的优化程度, 应该优化调度计划的时间颗粒度, 例如, 负荷短期内出现较大的波动, 并且旋转设备、AGC等成本和耗能较高, 通过对时段长度进行细化, 能够更加准确的掌握负荷波动的实际状况, 然后设计更加合理的调度计划。
2.3 多目标协调模型
若干目标在评估过程中会出现不一致的现象, 针对该种显现, 应该采用多目标协调模型进行协调优化。互动式节能调度中存在众多函数, 并且函数之间存在多种关系, 导致互动式节能调度的复杂程度较高, 为了解决该问题需要对所有影响评价结果的目标进行分析和研究, 通过创建多目标协调模型, 采用决策树的方式, 针对不同的条件采取相应的优化目标。根据时间可以将调度计划划分为年调度计划、月调度计划、周调度计划、天调度计划以及时调度计划等, 针对不同的时间尺度设计相应的调度计划, 以此起到节能调度的效果。
2.4 多目标一致性模型
该种模型通过对现代、传统互动式节能调度目标进行分析和评估, 如果结果不同意, 则需要对不同目标的重要程度进行分析, 如果结果存在较高的一致性, 则采用简单的加权平均方式获得相应的目标函数, 通过对目标函数、结果的一致性进行分析, 评估互动式节能调节多目标的一致性。
3 面向智能电网的互动式节能调度
3.1 面向电力用户的节能调度互动
智能电网系统中, 供需平衡的主动方为电力用户端, 通过主动跟踪电力用户的电力负荷需求, 才能够保证电力供应满足用户实际需求, 避免造成产出不平衡的现象。电力系统的边际能耗随着负荷波动幅度、负荷波动速度、负荷水平的不同而有所不同, 为了降低边际耗能过大造成能源浪费, 应该推广和使用节能减排技术。目前, 我国主要的发电形式为火电机组发电, 机组应该根据能耗的特点, 利用负荷预测法准确预测尖峰负荷的持续时间、负荷率以及峰值等, 预测边际能耗的尖峰负荷, 和平均能耗进行对比, 通过改变用户端电力负荷, 能够实现削峰的目的, 以此降低尖峰负荷造成的边际能耗。在尖峰负荷到来之前, 电力企业应该积极和电力用户互动, 电力用户应该主动参与到削峰活动中, 也可以利用调度中心调度部分用户的电力负荷, 能够达到削峰的效果。面向电力用户的节能调度互动主要从政策与技术两个方面进行:
(1) 政策方面:对于主动参与到电网负荷调峰的电力用户基于一定的奖励, 科学、合理的引导电力用户避开负荷高峰, 同时采用价格补偿的方式, 对于主动响应国家电网节能调度号召、科学用电以及主动采用节能电器的电力用户, 给予一定的价格补偿, 这样能够有效的激发电力用于参与到削峰、节能调度中。
(2) 技术方面:基于AMI技术, 创建电力企业和电力用户互动的信息交流、共享平台, 通过该平台, 电力用户能够获得需要的用电信息、用电优惠政策等, 同时还可以利用电力用户安装的智能电表, 实时的采集电力用户的用电量、用电负荷等信息, 调度中心通过对采集的数据信息进行分析, 评价电网的耗能水平以及用户的实际用电状况。根据电力用户的用电实时数据、历史数据等, 准确的预测用电高峰期, 将负荷用电信息、节能调度意见等, 电力用户根据自身的实际状况响应节能调度。
3.2 面向电力企业的节能调度互动
基于集中调度的原则, 调度中心在编制日发电计划、周发电计划、月发电计划以及年发电计划时, 会给予用电企业一定的自主权, 不同地域、不同发电企业以及不同时间尺度具有相应的自主权, 发电企业根据地区用电状况、同地区其他发电企业以及自身的实际状况, 充分利用自身的自主权进行节能调度。面向电力企业的节能调度互动应该利用控制技术、智能通信技术创建发电交易平台, 为了实现网损最小化、污染排放最低化、综合效益最大化, 应该创建节能调度发电全交易模式, 鼓励电力企业之间进行发电权交易, 实现传统高能耗向低能耗放线转变。为了让发电企业能够更加公平、高效的参与到发电权交易中, 应该采用全效用模式, 根据“上大压小, 以大代小”的政策, 对于主动、资源参与到节能调度的电力企业, 应该给予经济补偿。
4 结束语
综上所示, 文章分析了互动式节能调度的模型, 并探析了面向智能电网的互动式节能调度, 智能电网广泛的推广互动式节能调度, 能够有效的实现降低能耗、节能减排的目标, 对于创建资源节约型、环境友好型社会具有非常重要的作用, 同时还能够创造良好的经济效益, 这对于我国智能电网的快速、稳定以及可持续发展具有非常重要的作用。由此可见, 互动式节能调度方式具有非常好的应用前景, 被广泛的推广和应用。
参考文献
[1]李俊雄, 黎灿兵, 曹一家等.面向智能电网的互动式节能调度初探[J].电力系统自动化, 2013, 37 (08) :20-23.
[2]徐驰名, 周明杰, 梁铭.浅析面向智能电网的互动式节能调度[J].机电信息, 2015 (09) :165-166.
互动电网 篇5
智能电网 (smart power grids) 就是电网的智能化, 其也被称为“电网2.0”, 它建立在集成的、高速双向通信网络的基础上, 通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用, 以用电设备电网为基础, 实现电网的高度集成运行, 对用户进行可观测、可控制和高度自动化的互动服务, 实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。智能电网是一个复杂的电力结构系统, 它可以分为智能变电站、智能配电网、智能交互终端、智能城市用电网等。
2 用户互动平台的设计
2.1 设计背景
汕头供电局是南方电网公司系统内 (广东、广西、云南、贵州、海南等5省区) , 第一个在中心城区60万低压用户中实现集抄全覆盖的地级供电企业。采用远方集中抄表技术、银行划拨收费的方式完成抄表、收费工作, 不仅给汕头供电局企业和广大用户提供了简捷、准确的收缴电费手段, 同时, 抄录数据的准确性和同时性, 又给企业的用电管理、分析、监察、线损计算提供了有效依据, 提高了用电管理水平。除此以外, 汕头供电局低压集抄系统的建设和应用, 进一步为企业的需求侧管理提供了良好的技术手段。
2.2 平台设定意义
智能电网用户互动平台主要的服务对象是广大互联网用户, 尤其是家庭用户, 下面主要介绍家庭智能用电系统, 了解其平台结构和运行方式, 从而更好地研究该项目。互动电网是目前最先进的服务平台, 它将通讯、IT、能源、新材料、新技术以及传感器等产业集中在一起, 同时将配电网技术、网络技术、通信技术以及电子电力技术等各种技术结合在一起。这种平台的研究和使用能有效地推动新技术革命的发展, 它的结构设计是基于计量系统的交互功能以及其他技术手段为用户提供互动服务。其主要系统结构就是以计量自动化系统为基础, 结合ERP系统和配电自动化系统等, 根据不同的客户需求, 建立电网与用户之间的交流互动平台, 利用通讯工具实现双方的信息传递。
2.3 平台主体结构
互动服务平台构架主要由保障层、系统层、网络层以及接入层。在原有的电力系统中自身就有一套独立的网络, 是一个单独的局域网, 它是与互联网分割开的。但是互动服务平台则要利用互联网进行数据的收集和传递, 而系统网络运行的安全性很容易受到破坏, 保障层结构的设计就是为了系统网络安全使用而安排的, 它主要的任务就是通过防火墙杀毒, 对数据加密以及数据备份等。而系统层主要是为互动服务平台提供相关的系统功能, 是实现电网智能化的最主要内容。它又由表现模块、应用模块、支撑模块以及数据模块构成, 其表现模块是用来提供用户界面与后台调用的;应用模块是系统层中的核心内容, 这个模块分为数据采集、系统业务、系统接口三个部分, 其中系统业务能体现互动服务平台的内容;支撑模块的主要作用是为平台提供服务保障;数据模块很明显就是为系统建立数据库和相应的管理。网络层是利用现代化网络技术为系统提供远程通信网和本地接入网两个部分服务。其远程通信网是电力部门的通信传输网和运营商通信网, 一般使用的有通信网有:电力光纤专网、无线网、中压电力线载专网以及有线通信网等。而本地接入网一般由低压电力载波、光纤复合低压电缆、Wi-Fi以及微功率无线等。网络层中的接入网为接入层服务, 平台接入层的主要内容包括智能电表、网关、交互终端以及一些基础设备, 如智能插座采集设备、采集终端接入设备等。接入层通过采集和传递数据, 为平台提供基础的分析数据, 为电力客户提供控制等互动服务支撑。
在家庭电网中, 整个网络平台由营销管理系统、计量自动化系统、95598系统和交换机、用户互动平台以及防火墙等组成。该项目利用互联网技术, 当信号从电网运行平台中发射出来时, 经过无线通讯基站, 结合互联网技术, 最终将电网中的信号传输到用户终端和通讯工具中, 从而完成整个信号传送任务。
3 重点解决问题
电力线是每个家庭、单位最为普及、覆盖范围最广的一种物理通信媒介。智能电网是中国能源建设的必经之路, 而电力线通信技术则是未来智能电网的核心技术之一。本项目设计设备互动终端、采集器、集中器之间采用电力线载波通信, 集中器与平台之间采用GPRS通信。这种GPRS通信+电力线载波通信方式, 是解决用户端“最后100米”通信问题的关键。但由于电力载波通信的缺陷, 这“最后100米”的通信很容易出现问题, 影响用户终端接受信号的强度, 强烈干扰信号的清晰度, 问题主要表现在:
(1) 配电变压器对电力载波信号有阻隔作用, 电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送;
(2) 三相电力线间有很大信号损失, 一般电力载波信号只能在单相电力线上传输;
(3) 电力线存在本身因有的脉冲干扰;
(4) 电力线对载波信号造成高削减。
为解决以上问题, 汕头供电局这一项目设计采用了以下方式使电力线载波通信得以实现。
每个PLC局域网采用三种不同频率进行调制解调, 以采集器为网关, 把每个PLC局域网分割成一个中心局部网和多个分支局部网。集中器和所有采集器构成中心局部网, 每台采集器和同一分支的交互终端群集构成多个分支局部网。PLC局域网的网络分割, 缩短网络线路距离, 增长载波通信距离。中心局部网使用其中一种频率进行调制解调, 相邻分支局部网间隔式使用另两种频率进行调制解调, 提高每个PLC局域网载波通信的抗干扰能力和并发吞吐量。
采用双工模式通信及载波侦听多路访问协议 (CSMA) , 从站发送数据前, 检测网路是否处于忙碌状态。从站发送数据包时间间隔后没有接收到应答信息, 说明数据包冲突。从站采用自动重传 (ARQ) 的处理机制解决数据冲突, 基站采用轮询 (Polling) 方式进行差错控制。
根据项目用电信息数据流量小的特点和载波通信多负载通信距离短、多干扰的特点, 用电信息的采集和传输, 利用电力线负荷较轻时段进行预备性全面收集。
根据PLC网络的多路径传播特点, 采集器支持路由功能, 使数据包获得最佳传输路径, 提高载波通信抗干扰、衰减、回波、叠加的能力。
针对可能出现的网路距离超出通信距离, 采集器或交互终端支持软件中继功能, 实现对数据包进行转发。软中继功能力求设计为自动, 配置设定为下限要求, 禁止全面中继。载波数据发送采用过零检测同步发送数据, 提高发送效率, 增加网络输入功率。
4 结语
综上所述, 这种适应智能电网的用户服务平台已经初步在实际电网运行中得到使用, 且实践证明其效果很好。在下一阶段, 加大研究力度, 完善平台结构设计, 将其早日投入到电网运用中, 提高供电企业电网管理质量, 降低运营和维护成本, 同时让电网为用户提供更加安全和可靠的电力供应和互动服务, 实现供电企业与用电客户的双赢。
摘要：当前, 我国供电企业为了更好的为客户服务, 提高客户满意度, 凭借计算机的普及, 运用不断发展的信息技术, 不断完善用户服务平台, 研究设计新的可实现客户交互的互动系统。文章将简单分析供电企业为适应智能电网而设计的客户互动服务平台, 了解这种服务平台的结构框架和现实价值。
关键词：智能电网,用户互动平台,“最后100米”通信,电力载波 (PLC)
参考文献
[1]广东电网公司电力科学研究院, 钟清.智能电网关键技术研究[M].中国电力出版社, 2011
[2]刘振亚.智能电网技术[M].中国电力出版社, 2010
互动电网 篇6
电动汽车与电网的概念正从美国向全球展开,丹麦、荷兰、英国和澳大利亚都正在进行关于电动汽车与电网的研究工作。在丹麦,可持续能源国家实验室正在对电动汽车负荷管理和储能进行研究用以提高电网的稳定性;丹麦能源公司Dong Energy也正计划一个多达100辆电动汽车的示范工程;荷兰Kema研究所正在开展"ITM"项目,主要对电动汽车对电网的影响和管理方法进行研究;澳大利亚IIASA研究所也对电动汽车与电网的应用条件、对电动汽车发展的促进等进行了研究。英国Warwick大学正在开展"V2GUK"项目,主要目的是研究电动汽车对基础供电设施的影响。我国在电动汽车与电网互动方面也开展了多方面工作[7]。2010年上海世博园区国家电网企业馆中进行电动汽车与电网双向互动的展示,演示时使用的车辆是上海汽车开发的荣威350EV版,该系统具有定时、定峰、削峰填谷等充放电策略,可根据电网调度指令,完成不同模式下充放电功能。总体上国内外研究处于起步和探索阶段,实现的V2G技术只是示范工程,控制的车辆数目较少,并且局限在某一固定区域,其数据传输量少,控制参数较少,在规模化电动汽车与电网的互动协调控制等方面的研究尚有待进一步加强。
1 规模化V2G的互动方式及目标
1.1 互动方式
目前,电动汽车充电方式主要分为交流充(放)电桩、充(放)电站和电池更换站三种。其三种充电方式对应的互动方式如表1所示。
1.2 互动目标
考虑到实现电动汽车与电网互动的难易程度,将互动目标由易至难划分为三个层次。
(1)第一层次为削峰填谷。
根据电网状态信息、电动汽车充放电负荷信息,确定并发布分时电价;通过调整电价实现对电动汽车充放电负荷的调节,达到削峰填谷的目标。
(2)第二层次为备用服务。
电动汽车以可中断负荷的形式(在电网峰荷或故障时中断电动汽车充电负荷)向电网提供备用服务,可起到提高电网可靠性的作用。
(3)第三层次为调频服务。
大规模电动汽车具有可观的储能容量,且能够快速改变充放电状态,具有向电网提供调频服务的巨大潜力。
三种互动目标的基本设计方案如表2所示。电动汽车与电网互动可由低层次向高层次逐级实现。
2 规模化V2G的控制策略
电动汽车与电网互动体现在能量和信息的双向流动。而控制策略是实现这种双向流动的核心。所谓控制策略是在充分采集电网和用户数据,权衡多方利益的基础上作出的决策性判断。该判断将对用户的行为和电网的运行状态产生直接的影响。在双方作出决策时,需要有一个共同遵循的准则,这就是市场机制。
2.1 市场机制
(1)电动汽车提供削峰填谷服务的市场机制。
采用基于分时电价的市场机制引导电动汽车的充放电状态和过程,达到削峰填谷和平滑负荷曲线的目的。根据电网状态信息、电动汽车充放电负荷信息,确定并发布分时电价,通过调节分时电价实现对电动汽车充放电负荷的调节。用户根据分时电价、电池状态以及自身需求,制定以经济效益最大化为目标的电池充放电策略。
(2)电动汽车提供备用和调频服务的市场机制。
电动汽车提供备用和调频服务的市场机制研究方案如图1所示。
首先分析电动汽车参与电网互动的成本(主要是对电池寿命的影响)、电网公司能够获得的效益和社会效益。对电网公司无法直接获得的效益(如可再生能源多发电、减排效益等),考虑政府给予电动汽车用户和电网公司一定的补贴,以支持电动汽车与电网的互动。这一市场机制需要研究电网公司与电动汽车用户签订双边合同的方式。电动汽车用户参与电网互动可获得一定的补偿,但双边合同也会规定用户应尽的义务、相应的考核和奖惩措施等。
2.2 协调控制策略
对3辆电动汽车与电网互动目标拟采用的协调控制策略如图2所示。
(1)以削峰填谷为目标的控制策略。
基于对次日的负荷预测,考虑发电成本、用户充电成本和用户响应程度,以综合成本最低为目标,制订合理的电动汽车充放电价格并向充放电设施发布。
(2)提供备用服务的控制策略。
电动汽车提供备用服务的形式包括运行备用和事故备用。对运行备用,在保持电网可靠运行的前提下,基于对与电网连接电动汽车规模的预测,以备用成本最小为目标,分配电动汽车提供运行备用的容量大小;对于紧急备用,在事故情况下,以损失最小为目标,短时中断电动汽车的充放电状态。
(3)提供调频服务的控制策略。
由电动汽车与电网互动的通信信息平台,获取电动汽车与电网连接及电池的状态,计算能够参与调频的电动汽车电池容量;在分析系统负荷特性和频率特性的基础上,提出电动汽车参与调频的优化控制方法。由于调频服务是一个动态的过程,需要考虑在一段时间内的全局优化。另外,在调频市场机制足够吸引用户的前提下,多辆电动汽车参与调频服务是一个多方博弈问题,拟采用基于博弈理论的全局优化策略。
3 规模化V2G的实现设想
互动协调控制系统是实现规模化V2G的核心。它根据电网的实时信息以及电动汽车的状态和用户需求信息进行决策,制定优化的协调控制策略;根据电网信息和控制指令优化电动汽车的充放电过程,从而实现电动汽车与电网能量和信息的双向互动。根据前一部分所述控制策略,设计的互动协调控制系统的整体架构如图3所示。
3.1 系统功能
(1)与电动汽车、充放电设施及与电网相关系统间的通信功能;可靠性的通信信息系统,保证协调控制系统与大量充放电设施的双向通信。
(2)针对不同层次互动内容的优化决策功能;互动决策算法能在规定的时间根据充放电设施的连网状态和电池状态给出优化决策指令;充电站与电网互动实际上是双层互动,充电站内的多台充放电机和多个电池组由站内监控系统实现协调控制,这大大减轻了互动协调控制决策模块的计算量。
(3)不同层次互动内容的互动效果和经济效益评估功能。
(4)电动汽车与电网互动的实体、物理和数字仿真功能。
3.2 系统信息交互
(1)与电网调度和运营系统的交互。
系统通过开放接口,从电网的调度和运行系统获取电网运行的实际数据,并获取电力公司与电动汽车的营销信息等。
(2)与配电网历史运行数据库的交互。
为验证分析需要,建立电网运行的历史数据库。在不能与电网实时信息系统相连的情况下,系统可调用电网的历史数据进行仿真分析。
(3)与电动汽车充放电模拟器的交互。
在互动协调控制系统中,电动汽车和充放电设施的数量有限,为模拟大规模电动汽车与电网的互动,需开发专门的电动汽车充放电模拟器。模拟器建立典型电动汽车充放电的数学模型,接收发布的信息,模拟充放电过程并向系统反馈充放电状态。在没有大规模电动汽车接网的条件下,由充放电模拟器进行大规模电动汽车与电网互动的仿真模拟,可检验互动协调控制决策模块的计算能力和互动控制的效果。
4 结束语
本文在所设计的市场机制以及协调控制策略的基础上提出了规模化电动汽车与电网互动的方案设想。本文分析得出实现规模化V2G的核心是建设互动协调控制系统。因此,本文从功能以及与信息交互等方面提出了互动协调控制系统建设方案设想,为未来实现规模化电动汽车与电网互动提供了研究思路和基础。
参考文献
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互动电网 篇7
能源安全事关国家安全,大力发展可再生能源已经成为全球共识,也是智能电网发展的重要标志性内容之一。在能源开发利用方式上,可再生能源(如风电、光伏发电)具有随机性、间歇性和波动性特点,在满足新能源规模化接入前提下,需要保障电网的实时功率动态平衡和安全稳定;可再生能源还具有分散性特点,靠近负荷侧就地接入并构成微网/分布式发电,也将成为未来电网的重要组成部分。在多元能源综合利用上,未来电网的一次能源具有多样性,其时空分布和电源动态特性各异,如何实现多元能源系统间的良性互动和各种资源的综合高效优化利用,是当前和未来都需要解决的重要课题。在能源消费结构上,具有与电网双向互动能力的电动汽车将改变现有负荷特性,使得电力用户同时也会成为电力供应方;储能的大量应用将给电网生产主要环节带来重大影响。
为了应对上述趋势,世界电力工业已将发展智能电网作为积极应对未来挑战的共同选择[1]。提高电网可靠性和灵活性,打造绿色电力,提升能源利用效率和实现与用户的良性互动,是未来电力发展的永恒主题。开放互动是智能电网的重要特征之一,目前对于互动的研究与应用主要局限于源网协调和互动用电等方面。研究热点包括:集中式可再生能源的友好接入技术、分布式发电/微网与大电网的相互作用、电动汽车/储能与电网的互动和用户侧需求响应技术等。这些研究从单个环节和局部问题出发,侧重于解决电网当前阶段面临的关键技术问题,缺少对电源、电网、负荷互动对电网运行控制影响的整体思考和系统性研究。笔者认为,单纯从网源协调、网荷互动、电动汽车与电网的互动等方面进行研究难以提供整体解决方案。只有电源、电网、负荷的全面互动和协调平衡才能适应未来智能电网的发展需求,这种良性互动不仅必须而且可能。一方面,大规模和分布式可再生能源的快速发展、未来电动汽车充放换电设施的大量接入,以及储能和微网的不断发展,都对电网造成了不同程度的冲击。目前所遇到的可再生能源消纳等新问题,其中一个重要原因是仍然按“发电跟踪负荷”的常规电网运行控制理论来应对新需求,没有让可控负荷成为电网调节和消纳新能源的重要手段[2],没有让电源、电网、负荷形成真正的互动,未能充分发挥智能电网的作用。另一方面,随着新理论、新技术、新材料的快速发展,电源、电网和负荷均具备了柔性特征。通过间歇式能源与具有良好调节和控制性能的柔性电源的协调配合,可以使之共同向可预测[3]、可调控[4,5]的方向发展;与电网友好的可控常规负荷及微网[6,7]、储能[8,9]、电动汽车[10,11]、需求响应[12,13,14]等将发展成为能够适应电网调控需求的柔性负荷;电网中柔性交流输电系统(FACTS)[15]等设备增强了电网柔性可控性;信息交互的完善,使得电源、电网、负荷不仅能感知自身状态的变化,同时还能获知其他个体的全面信息。这一切都为电源、电网、负荷相互之间的全面互动提供了可能。因此,“源—网—荷”互动(电源、电网、负荷相互之间良性互动)是应对未来电网能源结构变革的重要手段,也是未来电网快速发展的必然趋势。
本文从未来智能电网运行控制的视角出发,基于电源、电网和负荷三者间柔性互动的发展需求,分析“源—网—荷”互动的内涵和面临的挑战,并提出相应的理论和技术研究框架,以期为进一步全面开展“源—网—荷”互动运行控制理论和技术研究奠定基础。
1“源—网—荷”互动的内涵
“源—网—荷”柔性互动是指电源、负荷与电网三者间通过多种交互形式,实现更经济、高效和安全地提高电力系统功率动态平衡能力的目标。“源—网—荷”互动本质上是一种能够实现能源资源最大化利用的运行模式。如图1(a)所示,传统电力系统运行控制模式是电源跟踪负荷变化进行调整,尚未形成明显的互动关系。未来电网由于电源、电网和负荷均具备了柔性特征,将形成全面的“源—网—荷”互动,呈现源源互补、源网协调、网荷互动和源荷互动等多种交互模式(见图1(b))。
源网协调是指在现有电源、电网协同运行的基础上,通过新的电网调节技术有效控制间歇性能源大规模并网及分布式接入电网时的“不友好”特性,间歇性电源和常规电源一起参与电网调节,使得电源朝着具有友好调节能力和特性(即柔性电厂)的方向发展;网荷互动是指在电网出现或者即将出现问题时,通过负荷有计划的主动调节来改变潮流分布,确保电网安全经济可靠运行;源荷互动是指电源和负荷均可作为可调度的资源参与电力供需平衡控制,负荷的柔性变化成为平衡电源波动的重要手段之一。以上3种互动其实是一个不可分割的整体,电源侧、负荷侧的变化都必须通过作为物理载体的电网进行相互作用,因此,电网必须具有柔性开放的接入能力和灵活可控的调节能力才能承载“源—网—荷”互动,即未来电网必须发展成为柔性电网。此外,各种电源的特性各异,且存在地域和物理特性上的互补性,因此,除了上述3种模式外,还存在源源互补模式。
1.1 源源互补
未来电网的一次能源具有多样性(如水电、风电、光伏发电、生物质发电、海洋能发电等),其时空分布和动态特性均存在一定的相关性和广域互补性[16,17],通过源源互补可以弥补单一可再生能源易受地域、环境、气象等因素影响的缺点,并利用互联大电网中多种能源的相关性、广域互补性和平滑效应来克服单一新能源固有的随机性和波动性的缺点,从而有效提高可再生能源的利用效率,减少电网旋转备用,增强系统的自主调节能力。
1.2 源网协调
现有电网运行控制是按不同时间尺度综合应用负荷预测、机组组合、日前计划、在线调度及实时控制等,实现电源和电网的协同控制。随着间歇式能源的大规模集中并网和小容量分布式接入电网,源网协调主要体现在:一方面,将规模化新能源与水电、火电特别是抽水蓄能等常规能源分工协作,进行联合打捆外送;另一方面,根据电网供需平衡需求,可通过微网、智能配电网等将数量庞大、形式多样的分布式电源进行灵活、高效的组合应用。伴随源网协调技术的发展,间歇式能源的可预测、可调度和可控制能力将大为改观,从而克服其“不友好”的特性。
1.3 网荷互动
作为电力系统功率瞬时平衡的一方,负荷特性及行为特征很大程度上决定着电网的安全性和经济性。不同负荷对供电可靠性要求是有区别的,随着需求侧的逐步开放,通过电价政策激励用电侧资源进行主动的削峰填谷和平衡电力,将成为提高电力系统运行经济性和稳定性的重要手段;作为备用的另一种形式,可中断负荷是电网可调度的紧急备用“发电”容量资源,也可经济、有效地应对小概率高风险的备用容量不足,确保电网的安全可靠运行。随着分布式电源、微网、电动汽车、储能等的广泛应用,新型柔性负荷具有发电和(或)储能的特性,能够与电网进行能量的双向交互,可以参与电网调控并可以成为黑启动电源。
1.4 源荷互动
未来电网是由时空分布广泛的多元电源和负荷组成,电源侧和负荷侧均可作为可调度的资源。负荷侧的储能、电动汽车等可控负荷参与电网有功调节,电力用户中的工业负荷、商业负荷以及居民生活负荷中的空调、冰箱等作为需求侧资源能够实时响应电网需求并参与电力供需平衡,通过有效的管理机制,柔性负荷将能够成为平衡间歇性能源功率波动的重要手段。
1.5 柔性电网
电源和负荷都需要通过电网进行相互作用,这就要求电网必须具备柔性开放的接入能力和灵活的调节能力。未来电网调度控制中心将综合各种先进技术和智能化手段,对电网进行主动的监视、分析、预警、辅助决策和自愈控制[18,19],辅助调度员应对电网可能出现的各种扰动,为电源和负荷的友好互动提供强有力的技术支撑。灵活交直流输电系统的广泛应用也将为现代电网的安全、经济、可靠和优质运行提供有效的手段,静止无功补偿器(SVC)、统一潮流控制器(UPFC)、基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)装置等先进电力电子装置具有快速调整有功、无功功率的能力,能够灵活调节和动态优化电网潮流分布,提升电网运行的可控性和弹性。
2 实现“源—网—荷”互动面临的挑战
未来电网中,电源、电网和负荷间的构成形式、响应范围和交互模式较目前电网更趋复杂,对电网调度控制和安全稳定运行将产生多方面的深远影响。如果控制得当,电源、电网、负荷的互动将成为一种柔性的良性互动,从而大大提升电力系统功率动态平衡能力,适应未来智能电网的发展需求。但要达到“源—网—荷”互动这一理想境界,将面临诸多挑战。
1)电力系统功率动态平衡能力亟待提高。电力系统是一个发用电必须随时保持动态平衡的系统。以风电、光伏发电为代表的可再生能源具有随机性、间歇性和波动性特点,在机组特性、发电方式上与传统发电机组差别很大。大规模电动汽车随机充放电和需求响应的大范围实施将会增加功率平衡难度。因此,在满足新能源规模化接入前提下,如何保障电网的实时动态功率平衡,是实现“源—网—荷”互动面临的重大挑战。
2)电网潮流时空分布特性更趋复杂。未来电网将呈现分布式电源高渗透率、互动行为难以预知、电力双向交换、不同电压等级可再生能源多点集中接入与分布式分散接入并存等特征,间歇性电源出力的随机性、复杂负荷响应单独及综合作用等都将导致电网的潮流分布特性呈现新的特征,如不加以合理控制,将会引起大范围潮流波动,对电网调峰、调频、调压和断面潮流控制产生较大影响。
3)电网分析基础理论有待发展。随着电源、电网、负荷自身特性的变化以及相互间互动能力的发展,目前基于确定性理论的分析方法将难以满足新的需求,这同时也对进一步发展和应用基于不确定性理论的分析方法提出了新的要求。
4)电网运行调控准则和策略需要更新。随着电网的不断发展,未来电网存在海量的分布式电源/微网和可控负荷,基于分散自治的分布式控制是未来极具应用前景的控制模式。这种模式具有投资小、通信和控制灵活的优势,但由于只反馈本地可观测量,难以体现系统控制的整体性,因此,需充分发挥分布式控制的自组织、自适应能力强和集中控制的全局协调能力强这二者的优点,实现电网运行和控制的高效、有序和互动。由于“源—网—荷”互动实现了电源、电网和负荷全局的资源调节,一方面增加了电网调频的新手段,另一方面则可能会增大网际联络线交换功率的偏离程度,现有的传统有功功率就地平衡模式将不再适应“源—网—荷”互动,需要改变原有的联络线功率控制准则,采用满足“源—网—荷”互动环境需要的控制模式和策略。
5)电网安全评估及稳定控制方法尚需提升。在“源—网—荷”互动过程中,电网运行状态和潮流分布的随机性、波动性加强,电网可能趋于某种临界状态,新的扰动可能引起复杂连锁故障的发生;随着电力电子器件在电力系统中的广泛应用,可能出现局部电网转动惯量降低的趋势,使得电网的动态稳定特性发生改变,电网安全和系统稳定问题变得更加复杂,对计及不确定性因素的安全稳定机理和安全风险评估及控制方法提出了更高要求。
3“源—网—荷”柔性互动运行控制研究框架
互动环境赋予了电力系统新的功能和形态,其运行特性、数学模型、安全稳定机理等也将随之发生变化,需从基础理论、复杂互动特性分析、复杂互动行为建模、互动能力辨识、柔性互动环境下的电网安全分析理论与方法、“源—网—荷”柔性互动协调控制策略和技术等6个方面开展研究,最终形成“源—网—荷”互动运行理论框架体系。“源—网—荷”柔性互动运行控制理论和技术研究的总体框架如图2所示。
“源—网—荷”柔性互动运行控制涉及的各关键技术之间的关系如图3所示。其中,复杂互动特性研究将分析大电网“源—网—荷”的广域互补特征以及柔性负荷和电网的互动机理,为其他研究提供个体特性、互补特性和互动模式;互动行为建模则考虑随机因素,对多时间/多空间尺度的混杂互动系统进行建模,为后续的分析和控制提供统一建模手段;互动能力评估为运行特性分析和柔性控制提供时间特性、调节范围和互动构成等基本互动要素;电网安全理论方面,基于间歇性能源发电能力和负荷水平置信区间进行电网安全风险分析方法研究,研究复杂互动环境下的潮流特性和电网安全稳定机理,为柔性控制提供互动环境下的安全约束。
3.1 基础理论的研究与发展
“源—网—荷”互动运行控制涉及能源、控制、信息等领域,将成为多学科交叉的重要前沿。需要针对复杂、多变、随机性和不确定增强等实际需求,研究、应用并发展诸如系统动力学理论、不确定性理论、熵理论、博弈论和自组织临界性理论等基础理论。
3.2 复杂互动特性分析与互动建模方法
准确把握“源—网—荷”复杂互动特性,在此基础上开展互动行为建模研究。
1)特性分析。研究不同地域单一可再生能源的相关性、广域互补性,以及多元可再生能源间的互补特性和平滑效应,研究多元可再生能源间相关性和互补性的量化分析方法,建立表征大电网单一可再生能源相关性和多元可再生能源互补性的数学模型。通过研究,实现对大电网多元可再生能源的广域互补特性的量化分析,掌握广域源荷互补特性以及柔性负荷与大电网的互动机理,揭示各种可再生能源及源荷间的时空互动规律,阐明各种互动特性的交互影响机理。
2)互动建模研究。要充分表征源荷双侧扰动,其核心就是互动建模。在“源—网—荷”互动行为中,各参与互动的主体对互动的响应在时间尺度上各不相同,有快过程和慢过程,存在快慢主体间跟随的问题。不同互动主体之间在空间尺度上也不尽相同,例如对于大规模可再生能源广域互补在空间尺度上远大于微网内部储能装置与可再生能源之间的互补,间歇性电源与抽水蓄能间的互补在时间尺度上快于电源和负荷间的互动。因此,需要提出抽象表征互动行为的模式、内容和效果的方法。考虑到建模的复杂性,需要研究适用于不同类型互动行为的建模方法,如混杂建模方法[20]、随机概率建模方法[21]和自适应分层建模方法等。
特性分析和建模方法研究将成为后续分析和控制的基础。
3.3 互动能力辨识技术
由于可再生能源和负荷的随机性,互动的范围和响应时间等都存在不确定性。如何界定源网、源荷、网荷间互动的构成形式,调节容量和调节特性,找出电网运行控制可利用的互动行为特性和控制能力,掌握系统互动对电网安全性和可靠性的影响,确定电网对广域系统互动的承受能力和运行极限,是亟待解决的问题。
1)互动综合性能评价指标研究。传统电网安全性、可靠性、经济性评价指标体系缺乏对可再生能源间歇性和大量柔性负荷接入的随机性的量化表征能力。需要针对“源—网—荷”互动环境下电网运行的新特征,研究“源—网—荷”互动能力的表征指标和量化分析方法,研究新的体现互动环境特点的综合评价指标体系。
2)多时空尺度源荷互动能力辨识研究。分析掌握不同空间尺度及时间尺度上各类互动能力的构成、互动调节范围、响应时间等特性,确定互动运行的可控容量和调节范围,为电网互动运行和柔性控制策略的确定奠定基础。
3)电网互动能力极限研究。传统的电网运行极限分析方法不能计及互动运行的影响,难以量化分析电网对互动运行的承受能力。需要研究互动环境下“源—网—荷”不确定性对电网运行极限的影响和分析方法,建立电网互动运行承受度、风险度指标,掌握互动能力优化布局的理论和方法。
3.4 柔性互动安全运行分析
为充分考虑“源—网—荷”互动引起的不确定因素及电力系统运行特性的变化,需要进一步发展多时间尺度的精细化负荷预测、间歇性能源容量可信度计算、考虑互动因素的电力电量平衡计算、电力系统充裕度分析、电力系统脆弱性分析、电力系统运行风险评估等电网分析方法,重点关注电源随机性、电网拓扑结构变化和负荷响应单独及综合作用下的电网静态安全特性,分析局部电网转动惯量降低后的安全稳定特性,考虑计及随机性电源和负荷水平置信区间的电网安全域概率分析方法[22]。
1)考虑“源—网—荷”柔性互动的静态安全特性及方法研究。“源—网—荷”柔性互动环境下,电网潮流分布呈现新的特征,电网静态安全特性也随之发生变化。电网静态安全特性与“源—网—荷”互动水平及互动模式密切相关,静态安全分析方法应由单个确定方式的分析转换为考虑“源—网—荷”互动的连续性分析。
2)局部电网低转动惯量情况下的安全稳定特性研究。局部电网转动惯量降低可能导致大电网失稳模式变化,这种变化与电网结构、低转动惯量电源接入方式及接入地点有关。对于局部电网而言,电网在故障导致功率不平衡的情况下,低转动惯量可能会导致频率、电压大幅波动。需要研究“源—网—荷”互动环境下系统转动惯量降低后,所带来的与电网安全稳定相关的一些独特问题。
3)计及源荷变化置信区间的电网安全风险评估方法研究。电源和负荷波动性增强,加剧了电网运行的不确定性。在这种情况下,电网安全运行域变化更为复杂,这对通过确定性分析方法进行的离线安全分析提出了挑战。需要研究应用基于发电能力、负荷水平变化置信区间的电网安全域的分析方法和概率分析方法,研究适合互动运行特点的风险分析及评估方法。
3.5 柔性互动运行协调控制策略和技术
“源—网—荷”互动运行模式在带来电能利用灵活性提升和用电互动选择空间增加的同时,也对电网安全运行、供电质量和供电可靠性提出了一系列挑战。互动主体数量的快速上升、间歇能源的运行不确定性和分布式可控负荷的灵活响应特性也增加了电网运行的复杂程度。需要研究“源—网—荷”柔性互动控制策略和技术,尤其是海量分布式优化控制与集中优化控制之间的交互协调框架,充分发挥海量分布式优化控制的自组织、自适应能力和集中优化控制的全局协调能力,全面实现“源—网—荷”的有序互动。
1)互动环境下联络线功率平衡控制技术研究。传统的省网有功功率就地平衡模式在一定程度上不利于可再生能源的大规模消纳和“源—网—荷”间的协调互动,需要研究考虑电源和负荷置信度的联络线传输功率控制准则和功率控制新模式。
2)海量分布自治与集中控制的协调优化技术研究。在“源—网—荷”柔性互动的环境中,除了集中式的常规大电源和直控大负荷外,还有海量分布式的电源和可控负荷。需要研究海量分布式优化控制与集中优化控制间的交互协调框架,由集中优化控制为海量节点自组织优化控制提供可接纳的控制参数和目标,充分发挥海量分布式优化控制的自组织、自适应能力和集中优化控制的全局协调能力,全面实现“源—网—荷”有序互动。
3)基于随机优化的协调控制技术研究。“源—网—荷”互动改变了系统的能量平衡模式,系统随时处于动态平衡中,系统优化必须从静态转变为动态。需要研究考虑多种约束条件、基于随机优化的协调控制模型和算法。
4 结语
如何有效利用电源、电网和负荷间的互动以提高电力系统的功率动态平衡能力,实现大电网资源优化配置和能源利用效率的提升,是未来电网运行控制面临的重大挑战。本文提出的“源—网—荷”互动是智能电网发展的主要特征之一,将对电力系统功率平衡模式带来革命性变化。通过支持和引导电源、电网、负荷三者良性互动,能够提高可再生能源的主动消纳能力,增强电力系统可控性和可靠性,从而促进电力系统综合能效的提升。
感谢东南大学高山、顾伟、陈中老师,河海大学陈星莺、胡鹤轩老师和浙江大学吴浩老师在部分研究方向上与笔者的探讨与思考。
摘要：开放互动是智能电网的重要特征之一。现有的互动研究主要集中在源网协调和互动用电等局部方面,缺乏对未来电源、电网、负荷复杂互动环境下电网运行控制的整体思考和系统性研究。文中提出“源—网—荷”互动的概念并讨论了互动内涵,认为电源、负荷与电网三者之间应进行协调互动以提高电网功率动态平衡能力。在分析实现“源—网—荷”互动面临的挑战的基础上,提出了智能电网“源—网—荷”互动运行控制的研究框架,包括基础理论、复杂互动特性分析、复杂互动行为建模、互动能力辨识、电网互动安全运行分析理论与方法、柔性互动协调控制策略与技术等6个方向,并结合需求对各个研究方向进行了概括和展望。