近年來(lái)由于新能源占比持續(xù)攀升，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和特性日趨復(fù)雜，“一日兩難”調(diào)峰問(wèn)題突出。冬季機(jī)組供熱多和尖峰負(fù)荷特性等造成傳統(tǒng)調(diào)節(jié)資源無(wú)法滿足需求。而配網(wǎng)側(cè)存在大量分散且容量較小的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源。營(yíng)銷部門的需求響應(yīng)系統(tǒng)和調(diào)度部門的精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)也匯聚了大量負(fù)荷以應(yīng)對(duì)高峰平衡緊張或直流功率閉鎖。5G通信及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展帶動(dòng)負(fù)荷的互聯(lián)感知和可測(cè)可控成為現(xiàn)實(shí)，社會(huì)上出現(xiàn)了各類電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)外的負(fù)荷聚合商。若將以上資源納入日常調(diào)控業(yè)務(wù)，將大幅提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和新能源消納水平。
01
總體技術(shù)架構(gòu)
可調(diào)節(jié)負(fù)荷需通過(guò)聚合商匯聚后再參與調(diào)控業(yè)務(wù)。而聚合商大多不具備調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)環(huán)境，因此需從調(diào)度大區(qū)出發(fā)，向外延伸至聚合商運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，總體技術(shù)架構(gòu)如圖1。當(dāng)前社會(huì)上出現(xiàn)各類資源聚合商，主要分為電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商（包括電網(wǎng)公司業(yè)務(wù)部門建立的具備負(fù)荷聚合能力的平臺(tái)）和電網(wǎng)公司系統(tǒng)外的社會(huì)第三方運(yùn)營(yíng)商。對(duì)于以上兩種類型的聚合商，應(yīng)根據(jù)其運(yùn)營(yíng)平臺(tái)部署的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，采取滿足電網(wǎng)信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)要求的方式進(jìn)行接入，互聯(lián)網(wǎng)出口由電網(wǎng)公司信息專業(yè)統(tǒng)一管理以確保安全性。涉及傳統(tǒng)調(diào)控核心業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、預(yù)警及控制應(yīng)用通過(guò)部署負(fù)荷調(diào)控平臺(tái)與聚合商運(yùn)營(yíng)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接。
圖1 總體技術(shù)架構(gòu)示意圖
02
關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)
2.1 負(fù)荷調(diào)控平臺(tái)
負(fù)荷調(diào)控平臺(tái)主體部署在調(diào)度側(cè)并延伸到互聯(lián)網(wǎng)區(qū)，是智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的一部分，承擔(dān)負(fù)荷資源信息匯聚處理中心角色，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制和市場(chǎng)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)間的高效交互。它包括基礎(chǔ)平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理校驗(yàn)、模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輔助分析決策、指令轉(zhuǎn)發(fā)和控制效果評(píng)估及可視化展示等功能。它可滿足傳統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、聚合商運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、調(diào)控云和輔助服務(wù)市場(chǎng)等多系統(tǒng)間信息的“全面采集、可靠交互、按需提供”，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的全景感知和分析控制。
2.2 通信傳輸
聚合商可根據(jù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)實(shí)際選擇101、104或476等傳統(tǒng)調(diào)度規(guī)約，也可采用其他成熟的跨平臺(tái)接口進(jìn)行通信，如基于超文本傳輸安全協(xié)議（HTTPS）加密的Webservice通信技術(shù)。通過(guò)調(diào)度端和聚合商端互為客戶/服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)控平臺(tái)和聚合商平臺(tái)間的服務(wù)調(diào)用和數(shù)據(jù)交換。AGC指令等上下行數(shù)據(jù)在調(diào)度不同區(qū)域的傳遞采用消息轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)同步等實(shí)現(xiàn)。聚合商運(yùn)營(yíng)平臺(tái)應(yīng)具備主備冗余的通信模塊，聚合數(shù)據(jù)周期顆粒度不宜大于30 s，應(yīng)通過(guò)合理的通道分配和數(shù)據(jù)保全機(jī)制，確保故障切換時(shí)不發(fā)生數(shù)據(jù)丟失和跳變。
2.3 全流程交互
調(diào)控機(jī)構(gòu)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(jì)劃值和市場(chǎng)出清等信息，上行通道包括聚合功率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和單體動(dòng)/靜態(tài)信息以及市場(chǎng)申報(bào)信息，總體流程如圖2。AGC模塊通過(guò)消息轉(zhuǎn)發(fā)將指令發(fā)送到負(fù)荷調(diào)控平臺(tái)，再下發(fā)至聚合商運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。聚合商將負(fù)荷實(shí)時(shí)功率等上送至負(fù)荷調(diào)控平臺(tái)，再生成文本后發(fā)送到數(shù)據(jù)采集與監(jiān)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(fù)荷單體的動(dòng)/靜態(tài)數(shù)據(jù)以電網(wǎng)通用模型描述規(guī)范（CIM/E）文件交互，靜態(tài)模型采用變化觸發(fā)方式，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采用分鐘級(jí)周期上送，由負(fù)荷調(diào)控平臺(tái)自動(dòng)觸發(fā)模型和數(shù)據(jù)入庫(kù)。
圖2 總體數(shù)據(jù)流程
2.4 日前/日內(nèi)全局優(yōu)化
初期可以省內(nèi)調(diào)峰市場(chǎng)切入，聚合商僅作為市場(chǎng)價(jià)格的接受者，后期再逐步參與市場(chǎng)報(bào)價(jià)，甚至參與省間市場(chǎng)。在日前/日內(nèi)全局優(yōu)化層面，可依照市場(chǎng)調(diào)用成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)短期/超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，綜合考慮系統(tǒng)平衡、機(jī)組和電網(wǎng)運(yùn)行等常規(guī)約束，結(jié)合聚合商報(bào)價(jià)和聚合容量（考慮用戶意愿）等信息，引入負(fù)荷資源的耗能或電池電量等約束，編制可調(diào)節(jié)負(fù)荷的理想用（放）電計(jì)劃，如圖3所示。參與低谷調(diào)峰時(shí)，負(fù)荷資源可依據(jù)上報(bào)的預(yù)測(cè)充放電功率或基礎(chǔ)功率為基點(diǎn)，按報(bào)價(jià)排序依次調(diào)用，優(yōu)先選擇價(jià)格低的機(jī)組下調(diào)出力或價(jià)格低的負(fù)荷上調(diào)用電功率，直至滿足系統(tǒng)平衡。
圖3 全局優(yōu)化框架
2.5 AGC
通過(guò)升級(jí)AGC控制模型，結(jié)合業(yè)務(wù)場(chǎng)景特點(diǎn)，制定最優(yōu)負(fù)荷控制策略。初期可投全網(wǎng)調(diào)峰模式，隨著資源規(guī)模擴(kuò)大和響應(yīng)性能提升，可選優(yōu)質(zhì)負(fù)荷投入調(diào)頻或分區(qū)控制模式，如圖4。聚合商需滾動(dòng)上送可控容量、電池電量約束、負(fù)荷可調(diào)速率等，確保指令不危及設(shè)備安全。對(duì)于性能較好的資源，可根據(jù)類型制定聚合性能要求并計(jì)算性能指標(biāo)。當(dāng)不滿足要求時(shí)初期可不進(jìn)行考核，當(dāng)超過(guò)要求時(shí)可計(jì)算AGC補(bǔ)償以激勵(lì)聚合商提升調(diào)節(jié)性能。聚合商應(yīng)計(jì)算用戶的調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)和響應(yīng)性能作為依據(jù)傳遞AGC補(bǔ)償作為分紅。聚合商運(yùn)營(yíng)平臺(tái)應(yīng)以合理的策略分解AGC指令并下達(dá)。從運(yùn)營(yíng)平臺(tái)收到總指令到終端收到分解指令的時(shí)延不應(yīng)大于5 s。
圖4 AGC建模及模式策略優(yōu)化
03
實(shí)踐案例
華北電網(wǎng)通過(guò)部署負(fù)荷調(diào)控平臺(tái)，先后實(shí)現(xiàn)了與3家聚合商（國(guó)網(wǎng)電動(dòng)汽車公司、國(guó)網(wǎng)冀北綜合能源公司和特來(lái)電新能源公司）共6個(gè)資源主體（電動(dòng)汽車、分布式儲(chǔ)能、虛擬電廠、電采暖和V2G等）的接入。2019年5月31日，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了調(diào)度側(cè)與電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的互聯(lián)感知和充電負(fù)荷的AGC調(diào)節(jié)；2020年4月14日，首次通過(guò)V2G充電樁實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的雙向功率控制。該技術(shù)路線陸續(xù)支撐了上述聚合商參與華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)。
以2019年的168 h試驗(yàn)為例，華北電網(wǎng)連續(xù)7日對(duì)電動(dòng)汽車集群(北京西八里莊充電站)和分布式儲(chǔ)能集群（北京麗貝亞大廈和人濟(jì)大廈儲(chǔ)能）進(jìn)行AGC閉環(huán)控制。期間指令跟蹤情況較好，顯示出負(fù)荷資源的優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)性能，如視頻所示。
04
結(jié)語(yǔ)與展望
本實(shí)踐表明可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源參與電網(wǎng)調(diào)控在技術(shù)上具備可行性。推動(dòng)源網(wǎng)荷協(xié)同互動(dòng)是建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要途徑，對(duì)推動(dòng)新能源充電樁等“新基建”產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。但實(shí)現(xiàn)負(fù)荷靈活響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求，還有如下技術(shù)問(wèn)題需解決。
1）負(fù)荷的功率數(shù)據(jù)精度和實(shí)時(shí)性、跟蹤響應(yīng)性能尚不完全滿足要求，需進(jìn)一步提升終端設(shè)備技術(shù)水平。
2）負(fù)荷資源與傳統(tǒng)資源在日內(nèi)/日前協(xié)同參與調(diào)峰、調(diào)頻和事故處置時(shí)的協(xié)調(diào)控制策略有待深化應(yīng)用。
3）負(fù)荷數(shù)據(jù)稽查手段有待加強(qiáng)，需深化調(diào)度與營(yíng)銷數(shù)據(jù)對(duì)接，甄別數(shù)據(jù)作假，避免對(duì)運(yùn)行和市場(chǎng)的干擾。
4）聚合商滾動(dòng)聚合策略需進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)時(shí)計(jì)算功率可控安全域，最大程度實(shí)現(xiàn)資源調(diào)節(jié)能力的聚合調(diào)用。
5）優(yōu)化拓展現(xiàn)有的需求響應(yīng)系統(tǒng)和精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)，將已匯聚負(fù)荷的“可切”屬性變?yōu)椤翱烧{(diào)”屬性。
