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              能源互聯網靈活電力交易下的電能質量發展淺談

              隨著能源互聯網的發展,大規模分布式源儲、電動汽車及充電設施的出現,電能質量領域面臨著擾動問題復雜化的新挑戰。深化電力體制改革后出現的3500家左右的售電公司,直接改變著電力交易市場主體,靈活的電力交易模式已經成為趨勢?;谀芰侩x散化與互聯網化的儲能型電能質量裝置不僅是解決供電品質的新裝置,而且也是實現靈活電力交易的新手段。同時,基于互聯網云平臺建立一種信息透明共享、終端兼容接入、分布式存儲計算、支持友好互動的開放型電能質量信息系統是未來的方向。

              1. 能源互聯網是什么

              根據周孝信院士的《未來電力系統發展趨勢和研究方向的探討》,全球能源互聯網是以特高壓電網為骨干網架、全球互聯的堅強智能電網,特質是“特高壓電網+智能電網+清潔能源”。

              根據《國家能源局關于組織實施互聯網+智慧能源(能源互聯網)示范項目的通知》,集成各類可再生能源、智能電網、電動汽車及充放電設施,建設低碳城市。建設示范區能源互聯網安全數據共享平臺和能源交易平臺,支撐智慧城市建設。其特質是“低碳、互聯網+、新業態”。

              同時,基于清潔能源中樞(如天然氣冷熱電三聯供、光伏、風電等)的能源互聯網示范園區,實現多能流協同能量管理,探索多種能源形式靈活交易與需求響應模式,提高清潔能源利用用率和終端能效。其特質是“分布式源儲、互聯網+、靈活交易”。

              能源互聯網是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態,具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等主要特征。簡單來講,能源互聯網具有以下 “1-2-3-4” 特征:

              1個多網融合的能源鏈:依賴于高度可靠、安全的主體網架電網,具備柔性、可擴展的能力,支持分布式能源(生產端、存儲端、消費端)的即插即用。

              2個重要特征:清潔能源與 “互聯網+”

              3個層級:

              物理基礎(設備層):分布式電源、儲能、電動汽車與充電設施

              數據通信層:能源信息物理系統的融合,即插即用能量網卡,智能硬件

              價值挖掘(應用層):創新模式能源運營,新型售電、光伏資產、能源互聯網金融

              4個互聯網特征:

              自由多邊、廣泛參與、信息對稱、用戶體驗

              目前,國內已經建設的能源互聯網項目是以 “三聯供+分布式光伏+儲能” 集成為重要內容。也存在的若干問題:是否能夠實現并網/離網轉換過程的無縫切換?多種設備之間的互聯互通的協議是什么?多能互補協調控制的決策依據是什么?進一步而言,能量運營管理的決策依據是否支撐園區的長期商業模式?

              美國、德國等國家建設的虛擬電廠,體現了多方參與和互聯網+商業模式,具有一定借鑒意義。例如用戶為光伏配套購買kW級儲能裝備,Ampard(Ampard Energy Manager)利用他們的能源管理系統將用戶的儲能裝備管理起來,以虛擬電廠方式提供一次調頻控制備用等服務。Fenecon保證4年之間,每年提供給用戶€400的收入,Fenecon聲稱每年還可能為用戶提供€400-500的額外收益。

              2.能源互聯網下的電能質量新需求

              電能質量擾動復雜化:

              (1) 分布式電源

              正面影響:分布式電源及儲能可以實現能量的就地平衡,提高了配電網承載負荷的能力和系統穩定性。提供了更多的解決途徑。

              負面影響:由于光伏和風力發電功率的自然隨機性、波動性以及(現有技術手段下)的不可調度性,分布式電源接入容易引起電壓暫降、波動與閃變、諧波污染、電壓越限等電能質量問題。

              (2) 儲能——提供功率與能量的支撐

              (3) 電動汽車——是汽車還是電池?是負荷還是電源?

              負面影響:無序充電,功率沖擊波動,諧波,電能質量

              正面影響:移動靈活、可調度的儲能

              電能質量數據多元化。隨著能源互聯網的深入建設,以電能為核心,化學能與熱能等多種形式能源類型已經越來越多的參與并影響到供用電關系。電能質量數據格式多樣,包括電量數據、事件數據、圖形數據、地理信息數據、氣候數據等。而且數據分布廣泛。因此電能質量數據多元化,異構嚴重。 

              電能質量品質嚴格化?,F代自動化生產線完全依賴于數字信息,對于各種電磁干擾都極為敏感,原本對電動機負載沒有影響的微小的電壓波動,都可能影響到電子控制系統的正常工作,甚至導致掉閘或生產停頓,嚴重時造成較大的經濟損失。 

              電力交易靈活多樣化。電力交易的多樣化表現在市場業體和交易模式的變化。原來的電力供應只是電網公司與電力用戶之間行為?,F在,隨著電力體制改革的深化,出現了大量的新型售電公司,直接改變了電力交易的市場主體。能源互聯網技術發展以及相關政策中也明確提出了開展點對點的互聯網化交易、電動汽車與儲能的互聯網化運營、需求側響應及輔助服務等新模式新業態,這將改變傳統的電力交易模式。以上新型售電公司與交易模式需要發展電能質量監測技術。

              3.能源互聯網下的電能質量發展趨勢

              能源互聯網旨在提高可再生能源比重,促進化石能源清潔高效利用,提升能源綜合效率,推動能源市場開放和產業升級,物理層主要包含分布式電源(光伏發電、風力發電等)、分布式儲能、電動汽車及充電設施、可調負荷。數據層主要是基于高速信息網絡,融合智能終端、能源路由器等智能硬件的物理信息系統。應用層主要是基于云平臺和大數據技術而開展的清潔能源高效消納、智慧用能及增值服務、用戶側響應互動的互聯網交易和服務。能源互聯網的以上技術內涵促進了電能質量的新發展。 

              基于分布式源儲的能源互聯網的技術體系:

              在上述技術體系中,國內光伏發電、換流器、充電體系已經實現了產業和技術的重大突破。而若干問題(紅色字體)為目前需要突破的瓶頸,也是當前重要的研究熱點。

              在以上問題,本研究中心著手開始了以下研究:

               

              3.1 能量虛擬化系列關鍵技術研究

              以電池儲能為突破口,與現有電池固定成組路線不同,建立一種網絡化的電池管控體系。

              其重要技術重點包括:動態可重組結構、單體和成組電池的SOC精確估算、基于模糊測度的復雜網絡快速計、實現電池的組網通信協議、實現電池能量的云管控。

              基于以上技術正在開展互聯網能量管控示范應用:微電網中基于退役電池的儲能裝置的互聯網調度;主動配電網中的分布式儲能的能量響應、調頻調峰、電能質量應用;儲能型電能質量裝置等。

              3.2 基于云計算的電能質量信息系統架構

              現有電網公司建立的電能質量監測系統存在著的局限性: 

              (1)封閉型。體現為信息的不對稱和不透明。由于原有供用電業務只發生在電網公司與用戶之間,而且出于信息安全和信息專網覆蓋,所以電能質量監測系統一般處于電力系統內部信息網中,用戶一般無法訪問。

              (2)系統建設成本高。

              (3)缺少電能質量數據高級分析及增值服務。

              隨著電力體制改革的深化推進,大量的新型售電公司與電力交易新模式需要發展基于互聯網的開放型電能質量監測系統,應該具備以下特征:信息透明共享、終端兼容接入、分布式存儲計算、支持友好互動。

              兩種架構下的電能質量信息系統對比如下圖所示:

              基于“互聯網+”的分布式計算、網絡存儲等先進技術,能夠提供更為完善的全局性、長期性數據服務,也將改變促進電能質量監測行業從產品銷售模式轉為服務模式。

              4.結束語

              以大規模分布式電源及儲能、虛擬電廠、電動汽車及充電設施、靈活可調的負荷資源為重要內容的能源互聯網中,多樣靈活的互聯網電力交易成為一種趨勢。深化電力體制改革催生了大量的新型售電公司,也將直接改變電力交易市場主體。電能質量行業在市場模式上和技術內涵上都面臨著發展機遇。

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