1研究背景

在配電網(wǎng)領(lǐng)域,分布式電源(DG)接入量不斷增大、電動汽車不斷增長的普及率以及可控負荷的增多,使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)將面臨諸多的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對以上問題,傳統(tǒng)配電網(wǎng)已逐漸從被動模式向主動模式轉(zhuǎn)變。需要研究新邊界條件下的配電網(wǎng)能量調(diào)度技術(shù),實現(xiàn)配電網(wǎng)能量綜合管理。

為此研究綜合能量管理平臺技術(shù)、區(qū)域能量綜合預(yù)測技術(shù)和能量傳輸?shù)慕换タ刂萍夹g(shù),在此基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)一種針對主動配電網(wǎng)的綜合能量管理系統(tǒng)。系統(tǒng)綜合考慮電源-電網(wǎng)-用戶三個方面的需求,集成配電網(wǎng)已有的信息和自動化系統(tǒng),對配電網(wǎng)海量信息數(shù)據(jù)深度挖掘、高度整合和綜合應(yīng)用,實現(xiàn)能量合理分配、多元互補、綜合利用。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜合能量管理系統(tǒng)部署在安全Ⅲ區(qū)。通過信息交換總線分別與安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅲ區(qū)的其他系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。綜合能量管理系統(tǒng)利用信息交換總線穿區(qū)功能與安全Ⅰ區(qū)的配電自動化系統(tǒng)等完成配電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的上送及控制命令的下發(fā)。綜合能量管理系統(tǒng)在安全Ⅲ區(qū)直接與用能管理系統(tǒng)、負荷控制管理系統(tǒng)和電動汽車充換電運營管理系統(tǒng)等系統(tǒng)進行信息交互。

圖1綜合能量管理系統(tǒng)部署圖

綜合能量管理系統(tǒng)軟件包括信息集成層、支撐平臺層和應(yīng)用層。上層應(yīng)用功能由若干小應(yīng)用模塊組成,向支撐平臺發(fā)送數(shù)據(jù)請求,支撐平臺啟動數(shù)據(jù)組裝服務(wù),通過信息交換總線向各下級配用電系統(tǒng)請求分布在其中的數(shù)據(jù),信息集成后發(fā)送給應(yīng)用模塊,各應(yīng)用進行數(shù)據(jù)組裝,對各模塊提供數(shù)據(jù)支撐。

綜合能量管理系統(tǒng)從綜合角度考慮電源、電網(wǎng)、用戶三方面的需求,根據(jù)配電網(wǎng)中的各種分布式電源、微網(wǎng)、儲能裝置以及可控負荷、電動汽車等需求側(cè)資源的不同運行狀態(tài)及運行發(fā)展趨勢,分別從空間尺度和時間尺度上建立配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略。在空間尺度上采用基于配網(wǎng)級、饋線級和臺區(qū)級三級聯(lián)動的局部就地平衡、區(qū)域互相供給、整體消納分解的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略;在時間尺度上建立短期(日前)、超短期(日內(nèi)小時級)和準實時(分鐘和秒級)三種時間尺度的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略。通過配電網(wǎng)在空間尺度、時間尺度上的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度,實現(xiàn)主動配電網(wǎng)的高效運行。

3區(qū)域能量綜合預(yù)測技術(shù)

發(fā)電預(yù)測、負荷預(yù)測和配網(wǎng)運行態(tài)勢預(yù)測是進行主動配電網(wǎng)綜合能量管理的基礎(chǔ)?；诳蛻艏毞值木毣摵深A(yù)測和高性能計算優(yōu)化、高精度數(shù)值天氣預(yù)報的新能源發(fā)電功率已經(jīng)用于傳統(tǒng)配電網(wǎng)簡單能量控制。但對于主動配電網(wǎng)尤其是管理范圍較大,能量元素多區(qū)域配電網(wǎng),來自于各獨立能量體功率預(yù)測,由于各種原因會有一些誤差,能量的簡單疊加會導(dǎo)致誤差累積效應(yīng),需要對單個能量體的預(yù)測結(jié)果進行修正。

對于不同大小的功率其修正因子陣是不同的,不可能針對每個功率值給出一個修正因子陣,且這種修正并不是絕對的,模糊理論對解決這種不確定性有著很強的優(yōu)勢。根據(jù)能量體預(yù)測功率與容量的比值將預(yù)測功率劃分為很小、較小、中等、較大、很大幾個區(qū)間,根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分別求出每個區(qū)間的區(qū)域其他能量體對目標能量體的隸屬度,進而得到每個區(qū)間的修正因子陣,存在模糊規(guī)則庫中。選取模糊輸入為目標能量體與本容量的比值和區(qū)域其他能量體與對應(yīng)容量的比值,根據(jù)模糊推理機從模糊規(guī)則庫中抽取相應(yīng)的修正因子矩陣,計算后得到模糊能量體修正能量。

4多級能源協(xié)調(diào)控制技術(shù)

傳統(tǒng)配電網(wǎng)配網(wǎng)級、饋線級和臺區(qū)級三級的關(guān)系非常明確,能量的流動方向是從上級配網(wǎng)輻射用戶臺區(qū),主動配電網(wǎng)導(dǎo)致三級的能量流動方向發(fā)生變化。

圖2多級能源協(xié)調(diào)框架圖

以新能源最大消納運行模式為例,綜合能源管理系統(tǒng)計算協(xié)調(diào)內(nèi)部的“可調(diào)度負荷容量”和“可調(diào)度電源容量”,并以此為約束,以新能源最大化消納為目標計算生成相關(guān)下級子系統(tǒng)的“能源調(diào)控指令”,包括新能源發(fā)電量和可控負荷控制命令。微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在接到“能源調(diào)控指令”后,在保證供電可靠性的前提下,進行新能源發(fā)電量的調(diào)節(jié),提高新能源發(fā)電的占比。配電自動化系統(tǒng)根據(jù)“能源調(diào)控指令”,與微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合,在保證電網(wǎng)安全和可靠用電前提下,進行能源優(yōu)化控制,減少上級電網(wǎng)供電配給。智能樓宇系統(tǒng)、電動汽車充電設(shè)施管理系統(tǒng)等接收到上級負荷調(diào)控命令,進行“實時能量優(yōu)化控制”,提高可控用電負荷的新能源供電比例,以實現(xiàn)新能源的最大化消納。同時綜合能量管理系統(tǒng)將園區(qū)的新能源發(fā)電與負荷用能情況上傳到上級電網(wǎng),以此來合理調(diào)整安排發(fā)電計劃。

5試點應(yīng)用

主動配電網(wǎng)綜合能量管理系統(tǒng)在中新天津生態(tài)城部署,以生態(tài)城配網(wǎng)區(qū)域作為能量管理對象,含32條10kV配電線路,總長度數(shù)91.2km,配變臺數(shù)181,公變臺數(shù)168,專變臺數(shù)13,分布式電源13.693MW(包括光伏、風機、三聯(lián)供)、分布式儲能709.7kW˙h、生態(tài)城有充電站2個、換電站1個,總計115個交流充電樁,總?cè)萘?MW;嘉銘智能小區(qū)(最高負荷2.3MW、最低負荷0.6MW)、智能樓宇:創(chuàng)展大廈、生態(tài)城營業(yè)廳、天津凱普特(最高負荷3.6MW、最低負荷1.3MW)、可控負荷3MW。

面對新能源的接入,綜合能量管理系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域能量綜合預(yù)測結(jié)果改變配網(wǎng)運行方式、利用儲能調(diào)節(jié)和負荷調(diào)控盡可能消納可再生能源發(fā)電。下圖是中新天津生態(tài)城綜合能量管理系統(tǒng)管理區(qū)域上線后12個月可再生能源月滲透率曲線,根據(jù)統(tǒng)計上線12月總滲透率為20.73%,其中2014年4月至8月滲透率均超過20%,五月份月均滲透率為37.22%。圖9滲透率最高月份日滲透率曲線,最高日滲透率達到50.02%。

圖3上線后月可再生能源滲透率曲線

6結(jié)語

主動配電網(wǎng)綜合能量管理系統(tǒng)適用于國內(nèi)已建設(shè)的相當規(guī)模的各類大中型工業(yè)園區(qū)和居民區(qū),具有以下幾個方面的意義:

1)適應(yīng)即將涌現(xiàn)的分布式電源大量接入的需求,實現(xiàn)了分布式電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行、分布式電源的友好接入以及含分布式電源的配電網(wǎng)適應(yīng)性。

2)實現(xiàn)了“源-網(wǎng)-荷”協(xié)同優(yōu)化調(diào)度技術(shù),提高設(shè)備和資源的利用率,提高了智能配電網(wǎng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性、優(yōu)質(zhì)性,為未來配電運營提供直接參考依據(jù)。

3)智能配用電互動化應(yīng)用顯著提高配電網(wǎng)供電安全可靠性、供電質(zhì)量,降低配電網(wǎng)損耗,提高配電網(wǎng)接納新電源的能力,實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的友好互動。

4)綜合能量管理系統(tǒng)在已有配電自動化和信息系統(tǒng)上構(gòu)建,可以形成設(shè)備、系統(tǒng)之間的集成和互融,發(fā)揮各種智能化應(yīng)用功能,引導(dǎo)用戶合理用電,降低用電成本,節(jié)約社會資源。