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負荷調控技術探討—可調節負荷資源參與電網調控的思考與技術實踐

作者:寧劍 江長明 張哲等 來源:電力系統自動化 發布時間:2020-06-05 瀏覽:
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近年來由于新能源占比持續攀升,電網結構和特性日趨復雜,“一日兩難”調峰問題突出。冬季機組供熱多和尖峰負荷特性等造成傳統調節資源無法滿足需求。而配網側存在大量分散且容量較小的可調節負荷資源。營銷部門的需求響應系統和調度部門的精準切負荷系統也匯聚了大量負荷以應對高峰平衡緊張或直流功率閉鎖。5G通信及物聯網技術的快速發展帶動負荷的互聯感知和可測可控成為現實,社會上出現了各類電網公司系統內外的負荷聚合商。若將以上資源納入日常調控業務,將大幅提升電網調節能力和新能源消納水平。

01

總體技術架構

可調節負荷需通過聚合商匯聚后再參與調控業務。而聚合商大多不具備調度數據網環境,因此需從調度大區出發,向外延伸至聚合商運營平臺,總體技術架構如圖1。當前社會上出現各類資源聚合商,主要分為電網公司系統內的運營商(包括電網公司業務部門建立的具備負荷聚合能力的平臺)和電網公司系統外的社會第三方運營商。對于以上兩種類型的聚合商,應根據其運營平臺部署的網絡環境,采取滿足電網信息安全和網絡安全專業要求的方式進行接入,互聯網出口由電網公司信息專業統一管理以確保安全性。涉及傳統調控核心業務的實時監視、預警及控制應用通過部署負荷調控平臺與聚合商運營平臺進行對接。

圖1  總體技術架構示意圖

02

關鍵技術要點

2.1  負荷調控平臺

負荷調控平臺主體部署在調度側并延伸到互聯網區,是智能電網調度控制系統的一部分,承擔負荷資源信息匯聚處理中心角色,可實現監視、控制和市場等業務數據在系統間的高效交互。它包括基礎平臺、數據采集、數據處理校驗、模型數據存儲、輔助分析決策、指令轉發和控制效果評估及可視化展示等功能。它可滿足傳統調度自動化系統、聚合商運營平臺、調控云和輔助服務市場等多系統間信息的“全面采集、可靠交互、按需提供”,實現可調節負荷運行態勢的全景感知和分析控制。

2.2  通信傳輸

聚合商可根據運營平臺實際選擇101、104或476等傳統調度規約,也可采用其他成熟的跨平臺接口進行通信,如基于超文本傳輸安全協議(HTTPS)加密的Webservice通信技術。通過調度端和聚合商端互為客戶/服務端,實現負荷調控平臺和聚合商平臺間的服務調用和數據交換。AGC指令等上下行數據在調度不同區域的傳遞采用消息轉發和數據庫同步等實現。聚合商運營平臺應具備主備冗余的通信模塊,聚合數據周期顆粒度不宜大于30 s,應通過合理的通道分配和數據保全機制,確保故障切換時不發生數據丟失和跳變。

2.3  全流程交互

調控機構與聚合商間的交互分為上行和下行通道。下行通道包括控制指令、計劃值和市場出清等信息,上行通道包括聚合功率等實時數據和單體動/靜態信息以及市場申報信息,總體流程如圖2。AGC模塊通過消息轉發將指令發送到負荷調控平臺,再下發至聚合商運營平臺。聚合商將負荷實時功率等上送至負荷調控平臺,再生成文本后發送到數據采集與監控(SCADA)模塊解析并供AGC等核心模塊使用。聚合類信息以約定的信息序位表定義。負荷單體的動/靜態數據以電網通用模型描述規范(CIM/E)文件交互,靜態模型采用變化觸發方式,動態數據采用分鐘級周期上送,由負荷調控平臺自動觸發模型和數據入庫。

圖2  總體數據流程

2.4  日前/日內全局優化

初期可以省內調峰市場切入,聚合商僅作為市場價格的接受者,后期再逐步參與市場報價,甚至參與省間市場。在日前/日內全局優化層面,可依照市場調用成本最小為優化目標,根據短期/超短期負荷預測,綜合考慮系統平衡、機組和電網運行等常規約束,結合聚合商報價和聚合容量(考慮用戶意愿)等信息,引入負荷資源的耗能或電池電量等約束,編制可調節負荷的理想用(放)電計劃,如圖3所示。參與低谷調峰時,負荷資源可依據上報的預測充放電功率或基礎功率為基點,按報價排序依次調用,優先選擇價格低的機組下調出力或價格低的負荷上調用電功率,直至滿足系統平衡。

圖3  全局優化框架

2.5  AGC

通過升級AGC控制模型,結合業務場景特點,制定最優負荷控制策略。初期可投全網調峰模式,隨著資源規模擴大和響應性能提升,可選優質負荷投入調頻或分區控制模式,如圖4。聚合商需滾動上送可控容量、電池電量約束、負荷可調速率等,確保指令不危及設備安全。對于性能較好的資源,可根據類型制定聚合性能要求并計算性能指標。當不滿足要求時初期可不進行考核,當超過要求時可計算AGC補償以激勵聚合商提升調節性能。聚合商應計算用戶的調節貢獻和響應性能作為依據傳遞AGC補償作為分紅。聚合商運營平臺應以合理的策略分解AGC指令并下達。從運營平臺收到總指令到終端收到分解指令的時延不應大于5 s。

圖4  AGC建模及模式策略優化

03

實踐案例

華北電網通過部署負荷調控平臺,先后實現了與3家聚合商(國網電動汽車公司、國網冀北綜合能源公司和特來電新能源公司)共6個資源主體(電動汽車、分布式儲能、虛擬電廠、電采暖和V2G等)的接入。2019年5月31日,在國內率先實現了調度側與電動汽車運營平臺的互聯感知和充電負荷的AGC調節;2020年4月14日,首次通過V2G充電樁實現對電動汽車的雙向功率控制。該技術路線陸續支撐了上述聚合商參與華北調峰輔助服務市場。

以2019年的168 h試驗為例,華北電網連續7日對電動汽車集群(北京西八里莊充電站)和分布式儲能集群(北京麗貝亞大廈和人濟大廈儲能)進行AGC閉環控制。期間指令跟蹤情況較好,顯示出負荷資源的優質調節性能,如視頻所示。

04

結語與展望

本實踐表明可調節負荷資源參與電網調控在技術上具備可行性。推動源網荷協同互動是建設能源互聯網的重要途徑,對推動新能源充電樁等“新基建”產業發展具有重要意義。但實現負荷靈活響應電網調節需求,還有如下技術問題需解決。

1)負荷的功率數據精度和實時性、跟蹤響應性能尚不完全滿足要求,需進一步提升終端設備技術水平。

2)負荷資源與傳統資源在日內/日前協同參與調峰、調頻和事故處置時的協調控制策略有待深化應用。

3)負荷數據稽查手段有待加強,需深化調度與營銷數據對接,甄別數據作假,避免對運行和市場的干擾。

4)聚合商滾動聚合策略需進一步優化,實時計算功率可控安全域,最大程度實現資源調節能力的聚合調用。

5)優化拓展現有的需求響應系統和精準切負荷系統,將已匯聚負荷的“可切”屬性變為“可調”屬性。

關鍵字:儲能系統

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