中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合作為新型儲(chǔ)能應(yīng)用的又一嶄新產(chǎn)物，在已經(jīng)明確其商業(yè)模式具有可行性的基礎(chǔ)上，社會(huì)資本的下一步自然應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)向規(guī)劃建設(shè)。本文立足于社會(huì)聚合商的視角，深入剖析臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能的并網(wǎng)接入和聚合采集通信組網(wǎng)方案，同時(shí)探討未來臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合可能的調(diào)控模式，并創(chuàng)新提出契合其運(yùn)行特性的云邊協(xié)同系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，以期推動(dòng)臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合技術(shù)的實(shí)踐落地。
臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合并網(wǎng)接入
臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能通常安裝在配電變壓器所在的低壓側(cè)，并綜合臺(tái)區(qū)接線方式、饋線長(zhǎng)度、負(fù)荷分布特點(diǎn)、臺(tái)區(qū)已有供電問題、場(chǎng)地等各項(xiàng)因素考慮，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖1 臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能聚合并網(wǎng)及通信接入示意
如圖1所示，儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)選擇在臺(tái)區(qū)計(jì)量表箱后端，并網(wǎng)點(diǎn)配置控制開關(guān)，同時(shí)安裝雙向電能表，對(duì)儲(chǔ)能充、放電量進(jìn)行精確計(jì)量。
此并網(wǎng)方案的設(shè)計(jì)有三個(gè)特點(diǎn)：一是最大化臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能在配網(wǎng)局域調(diào)峰、改善供電電能質(zhì)量、提高供電可靠性等方面的作用；二是在10kV配電網(wǎng)故障或停電的情況下，可以斷開臺(tái)區(qū)側(cè)控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行，通過儲(chǔ)能為臺(tái)區(qū)提供短時(shí)應(yīng)急供電；三是在儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，也可以在不影響臺(tái)區(qū)用戶用電的情況下斷開臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能側(cè)開關(guān)進(jìn)行運(yùn)維檢修。
為了聚焦，筆者在《臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能的新發(fā)展，「云儲(chǔ)聚合」將驅(qū)動(dòng)哪些商業(yè)新機(jī)遇？》一文中，將“云儲(chǔ)聚合”框定在臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能，但在實(shí)際聚合中，聚合商也可以考慮將臺(tái)區(qū)內(nèi)用戶內(nèi)部的分布式儲(chǔ)能納入其中。
臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合通信組網(wǎng)
臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合由社會(huì)資本投資，采集通信無法像由電網(wǎng)自己投資的傳統(tǒng)臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能那樣直接復(fù)用用電采集系統(tǒng)的載波和專網(wǎng)通信通道，而只能另辟蹊徑采用其他通信組網(wǎng)方式。
在實(shí)踐中，建議采用具有邊緣計(jì)算能力的智慧能源終端采集通信組網(wǎng)方案，如圖1所示。方案中智慧能源終端南向通過RS-485/CAN接入電能表、多功能表、控制開關(guān)、儲(chǔ)能變流器PCS和儲(chǔ)能電池管理BMS通信等終端設(shè)備，北向通過4G/5G和加密模組與云端通信，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、邊緣計(jì)算及控制指令下發(fā)等。如果臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)同時(shí)聚合了用戶側(cè)儲(chǔ)能，其通信組網(wǎng)也可以通過智慧能源終端進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)、用電負(fù)荷及分布式能源的數(shù)據(jù)采集和控制。
這種組網(wǎng)方案的優(yōu)點(diǎn)在于其不但滿足了電網(wǎng)關(guān)于配電臺(tái)區(qū)的網(wǎng)絡(luò)通信安全要求，又能在智慧能源終端與云端平臺(tái)失去聯(lián)系的情況下獨(dú)立運(yùn)行，繼續(xù)保證臺(tái)區(qū)平衡自治的需要。
分層分區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)控模式
由于臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合的臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能、用戶側(cè)儲(chǔ)能數(shù)量規(guī)模大、地理分散、區(qū)域分布不均，影響儲(chǔ)能控制策略的因素繁多且隨機(jī)性強(qiáng)，因此臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合的調(diào)控顆粒度、精細(xì)化要求苛刻，傳統(tǒng)單一的單級(jí)聚合控制方式難以確保調(diào)控效果及準(zhǔn)確性，僅采用分布式控制又阻礙多區(qū)域間能源互補(bǔ)特性的發(fā)揮。
在實(shí)踐中，筆者參照虛擬電廠“分區(qū)聚合、分層控制”的思想，提出了未來臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合分層分區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)控模式設(shè)想，如圖2所示。
其中，分區(qū)是指電網(wǎng)將大規(guī)模分布式儲(chǔ)能資源按照臺(tái)區(qū)、配網(wǎng)區(qū)域劃分，進(jìn)行分布式管理，再通過聚合商，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間協(xié)調(diào)互濟(jì)；分層是指按照電網(wǎng)層、平臺(tái)層、臺(tái)區(qū)層、用戶層的層級(jí)結(jié)構(gòu)劃分，一方面實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能資源由下到上的聚合，變分布為集中；另一方面又自上而下進(jìn)行分布式儲(chǔ)能可調(diào)節(jié)能力的統(tǒng)一調(diào)度，變無序?yàn)橛行颉?
圖2 臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合分層分區(qū)調(diào)控模式
在臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合分層分區(qū)調(diào)控中， 各層的調(diào)度關(guān)系如下：
電網(wǎng)層，即電網(wǎng)根據(jù)獲取的臺(tái)區(qū)、配網(wǎng)、主網(wǎng)等電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，向各臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合商發(fā)出臺(tái)區(qū)平衡自治、跨區(qū)協(xié)調(diào)互濟(jì)、主網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等調(diào)節(jié)需求。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，主網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻等電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求可以在電力現(xiàn)貨、電力輔助服務(wù)等市場(chǎng)通過交易方式，讓聚合商主動(dòng)參與，以此激發(fā)交易市場(chǎng)動(dòng)力，提高分布式儲(chǔ)能聚合參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)積極性。
平臺(tái)層，即臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能聚合商通過平臺(tái)匯集各臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)能力去參與電力現(xiàn)貨、輔助服務(wù)等市場(chǎng)交易，再根據(jù)交易結(jié)果或電網(wǎng)調(diào)控指令，通過臺(tái)區(qū)側(cè)智慧能源終端向臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能、用戶側(cè)儲(chǔ)能分配調(diào)節(jié)功率或下發(fā)調(diào)控策略。
臺(tái)區(qū)層，分為日常臺(tái)區(qū)平衡自治和市場(chǎng)交易響應(yīng)兩種場(chǎng)景。日常臺(tái)區(qū)平衡自治是指為保障配電網(wǎng)運(yùn)行安全和促進(jìn)臺(tái)區(qū)清潔能源就地消納，臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能根據(jù)預(yù)置策略，實(shí)時(shí)參與臺(tái)區(qū)問題處置；市場(chǎng)交易響應(yīng)是指臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能根據(jù)平臺(tái)分配的調(diào)節(jié)功率或下發(fā)的調(diào)控策略參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)。
用戶層，與臺(tái)區(qū)層類似，也分為用戶平衡自治和市場(chǎng)交易響應(yīng)兩種場(chǎng)景。用戶平衡自治是指實(shí)現(xiàn)峰谷套利和提升用戶電能質(zhì)量，用戶側(cè)儲(chǔ)能也需要根據(jù)預(yù)置策略，實(shí)現(xiàn)用戶微網(wǎng)的平衡自治；市場(chǎng)交易響應(yīng)則是用戶側(cè)儲(chǔ)能根據(jù)平臺(tái)分配的調(diào)節(jié)功率或下發(fā)的調(diào)控策略參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)。
綜上，分層分區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)控模式可以將分布式儲(chǔ)能以動(dòng)態(tài)聚合的形態(tài)進(jìn)行分層調(diào)度管理，將區(qū)域內(nèi)的儲(chǔ)能資源“變分布為集中，變無序?yàn)橛行颉保?實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能的最優(yōu)化調(diào)度管理。
云邊協(xié)同系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)
臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合平臺(tái)系統(tǒng)需要時(shí)刻監(jiān)測(cè)臺(tái)區(qū)配變?cè)O(shè)備狀態(tài)、線路負(fù)載、功率因數(shù)等情況，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行，以快速應(yīng)對(duì)各類臺(tái)區(qū)問題。而傳統(tǒng)集中式云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)不太適用：
一方面，大量的臺(tái)區(qū)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，網(wǎng)絡(luò)帶寬資源開銷極大，且存在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)；另一方面，臺(tái)區(qū)問題的處置需要高速的實(shí)時(shí)計(jì)算，如果匯集在云端統(tǒng)一處理，算力需求大，對(duì)于云端計(jì)算能力要求高。
因此，建議構(gòu)建云邊協(xié)同的云儲(chǔ)聚合平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)，如圖3所示。將臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能聚合調(diào)控的部分計(jì)算能力下沉到邊緣端的智慧能源終端，在邊緣端完成采集數(shù)據(jù)的預(yù)加工、預(yù)分析，將臺(tái)區(qū)平衡自治等需求在邊緣端解決，可以降低網(wǎng)絡(luò)開銷、減輕云端的負(fù)荷，減少延時(shí)，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。
圖3 臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合技術(shù)框架
由圖3可以看出，臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合平臺(tái)系統(tǒng)核心在于云端平臺(tái)和邊端智慧能源終端。云端平臺(tái)，具有中樞作用，向上接收電力調(diào)度的調(diào)度指令或者參與電力市場(chǎng)交易，向下與邊緣端智慧能源終端協(xié)同實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)儲(chǔ)能的分布式控制。
同時(shí)，平臺(tái)具有高度智能化決策能力，其核心功能包括儲(chǔ)能聚合管理、智能預(yù)測(cè)分析、電力交易決策和儲(chǔ)能運(yùn)行策略、智能運(yùn)維和儲(chǔ)能建設(shè)規(guī)劃等。邊端智慧能源終端，一方面負(fù)責(zé)臺(tái)區(qū)側(cè)儲(chǔ)能、配電變壓器或者用戶側(cè)儲(chǔ)能、負(fù)荷、分布式電源的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和匯聚，同時(shí)進(jìn)行可調(diào)潛力分析與上報(bào)，接收云端平臺(tái)下發(fā)的調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)與云端平臺(tái)的交互；另一方面基于調(diào)控策略，通過控制指令下發(fā)、狀態(tài)感知、偏差評(píng)估、偏差控制的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控。
在臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合的云邊協(xié)同技術(shù)架構(gòu)中，系統(tǒng)通過“云邊協(xié)同”、“邊端自控”的多層級(jí)協(xié)作，化集中為分布，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信息的高效處理。
結(jié)語
本文在深入探討臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合并網(wǎng)接入和采集通信組網(wǎng)方案的基礎(chǔ)上，參考虛擬電廠“分區(qū)聚合、分層控制”的思想，提出了一種分層分區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)控模式及適應(yīng)其運(yùn)行特性的云邊協(xié)同系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，旨在為社會(huì)資本參與臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)參考。后續(xù)筆者將基于分層分區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)控模式與讀者進(jìn)一步探討臺(tái)區(qū)云儲(chǔ)聚合參與電力市場(chǎng)交易的運(yùn)營(yíng)策略，敬請(qǐng)期待。
