从变电站到能源综合服务站:演化路径探讨

高正平1，刘昊宇2，李琥3，刘国静3，王洪儒2，王琦2*，汤奕2

（1．国网江苏省电力有限公司；2．东南大学电气工程学院；3．国网江苏省电力有限公司经济技术研究院）

本文发表在《全球能源互联网》2021年第4期“能源转型中的电力系统规划关键技术及案例研究”专题上，欢迎点击品读。本文受国家电网公司科技项目（5700-202018196A-0-0-00）资助。

文章导读

能源互联网建设的推进对多异质能源调度和多源信息处理提出了更高要求。能够实现区域能源一体化监控、优化控制和统一服务的能源综合服务站成为新一代能源互联网管控枢纽。以变电站现有资源为基础，涵盖多功能单位的能源综合服务站将对规划综合能源系统的新型生态架构产生深远影响。针对传统变电站到能源综合服务站的演化路径，本文从建设规划和站址改造角度提出了实体站与虚拟站两种建设路径，并深入分析了能源综合服务站在能源互联网建设中的优势作用与关键技术，为能源互联网的规划建设、业务转型和数字赋能提供参考。

主要内容

自中国明确提出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和以来，“双碳”目标一直是全社会热议的话题。随着国家能源革命战略的不断推进，建设以电网为骨干网架的能源互联网成为能源系统融合发展的重要方向。如何推动电网向能源互联网转变是能源互联网建设中的一大难题。变电站作为传统电网的电能枢纽，承担着区域电力配电、电压等级变换、电流汇集和电压调整等重要作用。而能源综合服务站作为能源互联网的核心，既是数据的集成中心，也是能源的调控中心，除了变电功能外，还实现了信息集成共享、能源协同调配等功能。变电站向集能源转换设备、数据中心、无线基站等功能单位于一体的能源综合服务站转变，强化了信息系统与物理系统的融合，使传统变电站由电网节点向区域能源互联网枢纽节点演变，为区域能源互联网建设提供了核心支撑。

不同文献对能源综合服务站内涵描述如表1所示。传统能源站以多能管网为核心，通常侧重实现多类型能源的基础供应。而能源综合服务站立足于能源的综合服务，起源于“多站融合”概念，所以在包含多能管控的基础上，更加强调的是提供站址资源、通信资源、能源资源的综合服务。

⬇表1 能源综合服务站内涵描述

能源综合服务站内涵描述

1、保证用户基础用能需求的同时，依托终端能源设备和能源管理手段，实现经济、低碳、安全等目标，提供用户增值能源服务的能源站。

2、既满足区域能源需求，又能提供辅助服务的能源站。

3、设立综合能源服务商的能源站，可实现电-热-气能量转换的综合需求响应和参与多能市场交易。

4、根据用户能源消费特征，以能源互联网为载体，通过协调优化区域内各种能源资源配置来满足终端用户当前或潜在能源需求服务的能源站。

5、拥有一定能量生产和转换设备的综合柔性负荷组织实体，能够向部分区域用户供应多种能源，同时聚合用户综合需求响应资源。

6、基于综合能源服务商，考虑综合需求响应与风险规避，满足用户不同类型用能需求的能源站。

注：具体文献请参照原文

能源综合服务站实现了能量流、信息流、业务流的耦合，按重新规划场景还是基于现有站址改造分为实体站与虚拟站两种。能源综合服务站的规划配置决定了能源综合业务的效率与品质。当前有关实体站的文献大多都在探讨其选址定位、设备选型、容量配置、站网协同规划等问题，以建成一个实体新站为目。较多研究都采用上下两层规划，大致规划流程如图1所示。

⬆ 图1 实体站双层优化设计方法

在能源互联网的建设背景下，虚拟电厂也要朝着能源综合服务虚拟站的方向转变。虚拟站基于对综合能源信息物理资源的抽象与整合，实现客观的统一资源调度。图2为虚拟站能量流-信息流-业务流多层次协调运行架构，在满足用户用能需求的基础上，通过数据采集与分析为用户提供相应的能源增值服务，制定出合理的运行方案。

⬆ 图2 虚拟站能量流-信息流-业务流多层次协调运行架构

如表2所示，实体站与虚拟站在建设与升级、通信调度难度、使用模型、需解决的问题这几方面进行了对比。

⬇ 表2 实体站与虚拟站的特征比较

目前，能源综合服务站没有形成完整的科学方法论和成套模型，难以在具体实践中进行有效的指导。在理论研究层面，对于能源综合服务站规划建设的研究不够深入，较少有研究专门探讨建设的优势。本文从工业园区、数据中心、商业园区用户3个典型场景分析能源综合服务站建设的优势，强调了能源综合服务站在能源互联网中的关键作用。

能源综合服务站的建设运行需要在地理位置、设备配置、信息通信、增值业务等多个方面进行融合。本文从配置融合、信息通信、业务融合3个角度进行论述，其中配置融合为能源综合服务站规划建设提供了支撑，信息通信为数字管控提供了路径，业务融合为协调运行提供了方案。

结论

随着“双碳”目标的提出，以变电站现有资源为基础，涵盖多功能单位的能源综合服务站将对规划综合能源系统的新型生态架构产生深远影响。本文首先提出了能源综合服务实体站和虚拟站2种形式的规划建设特点，其中实体站主要考虑地价与管道线路配置，解决选址与定容问题；虚拟站主要考虑通信可靠性，建设云管控平台。其次分析了能源综合服务站配置融合、信息通信与业务融合，能够有效支撑规划建设、数字管控与协调运行的目标。最后给出了工程应用案例，实现从架构融合向业务融合的转变。本文通过对变电站向能源综合服务站演化趋势的探讨，为能源互联网的规划建设、业务转型和数字赋能提供参考。

本文引文信息

高正平，刘昊宇，李琥，等. 从变电站到能源综合服务站：演化路径探讨[J]. 全球能源互联网，2021，4(4)：411-423.

GAO Zhengping, LIU Haoyu, LI Hu, et al. From substation to integrated energy service station: discussion on the evolutionary path[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2021, 4(4): 411-423(in Chinese).