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“源-网-荷”互动运行技术需求

作者:刘世义 来源:文刀茶禅 发布时间:2020-10-09 浏览:
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赋能&使能

在移动互联、大数据、云计算、人工智能、区块链等快速发展的大背景下“连接”已经成为一种常态,企业与各类利益相关者有效连接而构建而成的商业生态系统会形成巨大的竞争优势,“富生态”已成为很多企业的愿景和战略目标。那么企业构建“富生态”时,赋能的内涵到底是什么呢?

赋能是企业通过提升被赋能的能力,直接地增强了赋能企业生态系统的竞争优势,从而更好的服务自己的用户。值得注意的是,不是有交易就叫赋能,赋能企业需要对被赋能企业做出实际交易之外的贡献。赋能强调的是增强了赋能企业自身的生态系统,那么企业在正常交易外还增强了利益相关者的生态系统,属于什么呢?

使能是通过使能企业提供的产品和服务增强了被使能企业的竞争优势,让被使能企业更好地服务于其用户。使能企业站在被使能企业的角度思考自己如何增长很重要,使能企业会把关键资源能力分享给被使能企业,成为被使能企业不可或缺的关键角色,放大被使能企业生态系统的价值空间。

用户数据的归属与分享

用户数据归属与分享能够直接影响一个企业的业务量。因此按照前文的论述,这既能影响控制力,又能影响安全感。在线化、数据化、智能化的趋势,也让用户数据的归属与分享显得非常关键,因此我们专门看看赋能和使能在用户数据归属与分享方面的差异。

场景决定了用户数据的归属。离用户更近者,更有可能掌握用户的数据。赋能企业需要掌握自己用户的数据。一般情况下,赋能企业不愿意把终端用户的数据分享给任何企业,包括被赋能企业。因为用户是赋能企业立足之本,也极有可能是赋能企业最重要的收入来源,赋能企业要增强和保持自己的竞争优势,就会想尽一切办法维护、服务好自己的用户。所以,赋能企业一定会想尽千方百计把用户数据牢牢掌握在自己手上。

但是当出现以下三种情况时,赋能企业会分享一部分用户数据给被赋能企业。一是消费场景决定了被赋能企业掌握了局部的赋能企业的用户数据,例如区域母婴连锁企业掌握了婴幼儿奶粉企业在某个特定区域的数据。此时,赋能企业是被动分享用户数据给被赋能企业的。其次可能会出现赋能企业主动分享一部分用户的数据给被赋能企业(仅仅只是与被赋能企业有关的一部分数据),以期望被赋能企业完善产品、提升运营,以增强和保持赋能企业对用户的吸引力。例如上文列举的宜家与供应商的案例。第三种情况是赋能企业分享一部分用户数据给被赋能企业,这样是为了让被赋能企业完成对用户产品或服务的交付。此时赋能企业分享的仅仅也只是与被赋能企业有关的那一部分数据。

赋能企业向被赋能企业分享用户数据后,二者会存在一定竞争关系。赋能企业、被赋能企业、用户都会综合对比交易价值、交易成本和交易风险。如果交易结构设计得好,用户还是会选择赋能企业,赋能企业也愿意持续赋能利益相关者。

使能企业的情况则相对容易理解,也相对简单。被使能企业会掌握自己的用户数据,因为被使能企业要服务自己的用户。当使能企业充当基础设施时,使能企业就会倾向于把数据分享给被使能企业。因为使能企业与被使能企业的数据互联互通之后,进一步丰富了使能企业的数据资源和增强了使能企业的数据能力,也更有利于被使能企业提升服务自己用户的能力。

“源-网-荷”互动运行技术需求

相比传统配电网,主动配电网中的“源-网-荷”的所含内容、构成形式、响应速度、涉及范围、互动模式都更加复杂,对电网的安全、高效、经济运行将产生深刻影响。如果控制得当,“源-网-荷”互动运行将是一种良性的互动,将极大的提高了配电网随机、动态适应能力,也是未来智能电网发展的必然要求。但就目前而言,要实现“源网荷”互动运行依然面临着很大的技术需求和挑战。

基本技术要求

就现有电力网络来说,就实现“源-网-荷”互动运行存在三个方面的硬件不足:

1)提高远程网络通信能力

目前电网负荷管理终端主要采用230MHz无线专网和GPRS无线公网的双信道通讯方式,仅能实现分钟级的用电数据采集和负荷控制,难以满足“源-网-荷”互动运行快速响应需求;

2)提高终端控制输出和信息采集能力

当前负荷终端的功能设计,侧重于用户总负荷的监测、功率及预付费控制、电表数据的抄收等,只具有4轮控制输出回路,控制出口数量不足,而且控制策略固化在终端上,难以满足灵活、多策略的负荷控制需求。

理论技术需求

1)提高主动配电网功率平衡能力

电力系统是一个发电、用电时刻保持平衡的特殊系统,配电网中风电、光伏等间歇性、波形性分布式可再生能源的大规模并网,以及大规模电动汽车的投入和切除增加了配电网功率平衡难度,因此亟待提高主动配电网“源网荷”互动运行的功率平衡能力。

2)电网分析基础理论有待发展

随着配电网中“源-网-荷”自身特性的变化和发展,目前基于确定性理论的分析方法将难以满足新的需求,也就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。

“源-网-荷”互动运行控制策略

基于互动条件下的优化调度与功率平衡控制技术研究

传统配电网的潮流的单相流动性以及网内有功功率的就地消纳平衡模式限制了大规模分布式能源的并网消纳以及“源-网-荷”的协调互动运行,因此配电网“源-网-荷”互动技术必须考虑研究互动条件下配电网与主网架之间、配电网联络线上的优化调度与功率平衡控制技术。

1)横向多能互补,单一能源向综合能源转变。传统能源系统依据能源类型划分,供需各自平衡。通过源侧风光水火储多能互补系统和荷侧终端一体化供能系统,实现多能协同供应和梯级利用,打破各类能源“相对独立,各自为政”壁垒,形成能源集成耦合网络。

2)纵向“源-网-荷-储”协调,形成多能“供-需-储”自平衡体。能源生产和消费界限不再清晰,功能角色间可相互替代兼容。能源主体在供需和价格引导下自主决策能源供应、消费和存储,实现多能“供-需-储”垂直一体化。能源主体由单一能源的生产、传输、存储和消费者,向集多种能源生产、传输、存储和消费为一身的自平衡体转变。

3)集中与分布式相协调。传统能源系统和主体间是自上而下集中式决策的资源配置模式。自平衡体首先通过“能源就近利用”实现分散化自我平衡,然后通过“能源自远方来”实现不平衡能量交换。能源系统的结构将转变为大系统协调分解的集中与分布式相协调。

智慧能源云平台

智慧能源是以互联网技术为基础,以电力系统为中心,将电力系统与天然气网络、供热网络以及工业、交通、建筑系统等紧密耦合,横向实现电、气、热、可再生能源等“多源互补”,纵向实现“源-网-荷-储”各环节高度协调,生产和消费双向互动,集中与分布相结合的能源服务网络。其依托互联网、物联网、大数据、云计算等新技术对能源的生产、存储和使用进行实时监测、数据分析和优化处理,并通过数字化、网络化、智能化手段,实现能源的安全、高效、绿色、智慧应用。

智慧能源云平台实现三大功能,包括数据集中、能耗管控以及综合能源仿真:数据集中实现标准化能源数据采集、可视化数据展示、专业化数据分析;能耗管控实现能源的全面实时监测、智能辅助决策、用户互动服务;能源仿真平台实现能源设备调度,协同多种能源因素规划调整能源出力等。

源--清洁、高效、互补

网--高智能、易管理、低成本

荷--节能、互动、可视化

储--负荷更平滑、电网更柔性

大数据促进“源-网-荷-储”协同调度

在电力市场不断完善的背景下,可以不通过调节常规电源的出力,而是利用市场手段,使得一部分用户主动削减或者增加一部分负荷去平衡发电侧出力的变化,即通过需求侧管理实现系统电量平衡。若要达到“网源荷”协调优化调度需要大量的辅助信息,如新能源出力波动大小、电网线路输送能力、负荷削减电量的范围、实时电价等,其中每个因素又受很多条件的影响,因此是一个非常复杂的电力交易过程,此时必须利用大数据技术发掘数据内部之间的联系,从而制定出最佳调度方案。智能电网和传统电网最大的区别在于“网-源-荷”三者之间信息流动的双向性,三者之间的信息在一个框架内可以顺畅地进行交互,极大地提升电网运行的经济性、可靠性。

电采暖聚合资源接入"源-网-荷-储"调控系统,并实时更新数据,实现聚合资源与调度信息的双向交互。为提升源网荷储协同互动和负荷调控能力,开展电采暖聚合资源接入工作,包括多个锅炉房设备安装、聚合商运营平台改造和负荷调控平台调试实施等,实现了6个电锅炉资源的聚合接入。这些电锅炉资源接入后,将成为京津唐电网可调节负荷资源的聚合主体。

电动汽车、储能等在内的负荷侧调节资源具备的四大明显特性——用电时间有弹性、用电行为可引导、用电规律可预测、用电方式智能化。但就个体可控、可调节负荷侧资源而言,其容量大多为几百到几万千瓦,且点多面广、运营主体复杂。如何感知、聚集、引导并精确调度这些负荷侧调节资源,是需要通过技术路径与商业模式创新来破解的一大难题。

从"源随荷动"到"源-网-荷-储"协同互动。要解决调度对负荷集群的连续控制这个国内乃至国际难题,需要发挥互联网思维、应用互联网技术,不断推动电网朝数字化、智慧化方向发展。在破解这一难题时,负荷资源聚合商可以发挥积极作用。资源聚合商拥有电动汽车充电桩、分布式储能、可控负荷等大量负荷侧资源,且建有自己的聚合商平台,能将分散的可控负荷聚合形成规模相对较大的"聚合体"。

源网荷储多元协调调度控制平台,制定负荷侧资源接入、信息上传等规范,实现了电网侧与"聚合体"之间的安全高效互联互通,实现对负荷侧调节资源的数据采集、监视、分析及展示。聚合商平台接收调度机构发出的控制指令,并分解到所聚合的可调节负荷资源终端,实现闭环控制。

负荷资源聚合商能引导公交公司、储能电站运营商、换电站、电蓄热负荷用户,利用充电立减、服务费打折等营销手段引导其聚合的部分资源,根据电网需求逐步改变用户原有充用电时间和习惯,在电网调峰困难时增加充用电功率,扩展新能源消纳空间。

梳理设备要点、客户痛点、服务盲点。成功将电动汽车、储能等资源纳入电网优化调度之后,如何构建负荷侧资源商业运营模式,保持负荷侧资源参与电网调峰的积极性,是激发负荷侧资源活力、提高电力资源配置效率的关键因素。

以张家口东源热力公司为例,在参与华北调峰市场以前,该公司用能管理相对粗放,主要是利用晚8点到早8点的低谷电价时段生产。4个可控电锅炉总功率6万千瓦,其中3万千瓦用于直接供热,3万千瓦用于储蓄热能,以满足白天供热需要。参加华北调峰市场后,东源热力优化了蓄热功率和时间,在不影响供热质量和用户感受的基础上,在电网调峰困难时段最大限度提高蓄热功率参与调峰,获得市场收益。

基于一致性算法的源网荷储协同优化方法

随着分布式算法的迅速发展,源网荷储协同优化调度问题可以通过分布式算法进行高效求解。分布式算法具有保护用户隐私,减少与中央控制器的通信量,避免单点故障造成系统崩溃等优点。常见的分布式算法有交替乘子迭代法,辅助问题原理,最优性条件分解,一致性算法等。其中,一致性算法可以应用于任何级别的分区,一个单独的节点或者一个大的区域都可以成为一个分区。

综合考虑电源之间、源网之间、网荷储之间的协调互动特性,采用“源-网-荷-储”协调互动,从而实现能源资源最大化利用的运行模式和技术,源网荷储协同优化调度问题通过一致性算法进行高效求解。

建立“源-网-荷-储”优化调度模型:首先建立电网有功功率平衡约束,再建立电源模型、建立负荷模型、建立储能模型,最后建立“源-网-荷-储”优化调度模型;

建立基于一致性算法的协同优化策略:更新各代理的边际成本、更新各代理的输出功率、局部失配量本地更新、获得邻居信息后,局部失配量再次更新。

综合能源服务中心

综合能源服务中心包含能源供应、能源配置、能源消费、能源服务四大类共15项创新示范项目,分别展现了新能源从采集、分配、消费和服务的一条龙服务,最大程度地发挥了能源的利用效率。

1、多能互补综合利用项目:多能互补综合利用系统由光伏、风机、地热等多种分布式能源供应,可实现在微网内能源的自发自用、互相补充、就地平衡。

2、高温相变光热发电:光热发电装置是太阳能利用示范项目,太阳能转化效率可达43.5%,高于一般的太阳能发电装置。

3、预制舱式储能系统:预制舱式混合储能系统所在端口不同,功能也不一样。在电源侧,装置能够提升电网接纳新能源能力;在电网侧,装置能够提升电网平衡能力;在用户侧,装置能够提高用户的供电可靠性。同时,装置还能够改善电网尖峰负荷特性,提高电网和电源整体运行效率。

4、高温相变储热:高温相变储热系统采用陶瓷基复合相变材料,实现对热量的高密度存储,协同光热发电系统,供电的同时进行供热。

5、压缩空气储能:微网路由器学名电力电子变压器,是国家重点研发计划项目,能够实现多种电压等级与交直流电源之间的自由变换。

6、微网路由器:微网路由器学名电力电子变压器,是国家重点研发计划项目,能够实现多种电压等级与交直流电源之间的自由变换。

7、低压直流配电环网:低压直流配电环网采用直流配电系统运行控制与保护、灵活直流电压变换、直流变压隔离等关键技术,实现±750V直流配电网络合环运行,支持新能源、储能接入及能量双向互动。

8、中低压交直流配套:中低压交直流配套可保证分布式电源和负荷的即插即用,实现各种分布式电源的互相转换,就地消纳,对转变传统供电模式和促进综合能源体系转型具有重要意义。

9、源网荷储协调控制系统:源网荷储协调控制系统可实现"电源-电网-负荷-储能"多环节协调运行控制,具备"需求响应""主动孤网""应急支撑"三大能力,让电网运营更经济,大电网安全更有保障。

10、"三合一"电子公路:"三合一"电子公路是世界首套综合电子公路,它集"光伏发电、无线充电、无人驾驶"于一体,道路无线充换电效率达80%以上,同时还具备融雪与LED智能导航功能。

11、绿色充换电站:绿色充换电站由光伏发电、充电、换电等系统组成,站内机器人可为公交车、乘用车提供全自动换电和快速充电服务,站顶的光伏电板还可实现站能源"自发自用"。站内搭配的废旧电池梯次利用电站可进行旧电池回收,还可为电网提供调峰、调频和功率调节等服务。

12、负荷侧虚拟同步机:虚拟同步机是一种基于先进同步变流和储能技术的电力电子装置,它可参与大电网的调频与调压,增强电网的频率及电压稳定性,虚拟同步机路灯具备双调光、智能环境监测、雾化降霾、信息发布和智能充电桩等功能。

13、被动房改造项目:被动式建筑是中国首个被动式住宅项目,获得中国住建部科发中心与德国能源署的双重认证,住宅实现建筑自发自用电的"零能耗",住宅还具备被动储能、室温调节与智能语音控制家居等功能.

14、综合能源服务平台:综合能源服务平台,是具有数据采集、存储、服务功能的软件系统,还能提供水、电、气、热、冷等能源服务,满足不同用户的能源需求。

15、综合能源展示中心:综合能源展示中心,以"能源变革、未来已来"为主题,围绕探索构建"电网为平台,再电气化为重点,多能协同互补"的新型区域能源互联网,重点展示在综合能源服务中心落地实践的15项世界首台首套能源创新示范项目。

关键字:综合能源服务 储能

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