1研究背景
在配电网领域,分布式电源(DG)接入量不断增大、电动汽车不断增长的普及率以及可控负荷的增多,使得传统配电网将面临诸多的挑战。为了应对以上问题,传统配电网已逐渐从被动模式向主动模式转变。需要研究新边界条件下的配电网能量调度技术,实现配电网能量综合管理。
为此研究综合能量管理平台技术、区域能量综合预测技术和能量传输的交互控制技术,在此基础上设计开发一种针对主动配电网的综合能量管理系统。系统综合考虑电源-电网-用户三个方面的需求,集成配电网已有的信息和自动化系统,对配电网海量信息数据深度挖掘、高度整合和综合应用,实现能量合理分配、多元互补、综合利用。
2系统结构
综合能量管理系统部署在安全Ⅲ区。通过信息交换总线分别与安全Ⅰ区和安全Ⅲ区的其他系统关联。综合能量管理系统利用信息交换总线穿区功能与安全Ⅰ区的配电自动化系统等完成配电网监测数据的上送及控制命令的下发。综合能量管理系统在安全Ⅲ区直接与用能管理系统、负荷控制管理系统和电动汽车充换电运营管理系统等系统进行信息交互。
图1综合能量管理系统部署图
综合能量管理系统软件包括信息集成层、支撑平台层和应用层。上层应用功能由若干小应用模块组成,向支撑平台发送数据请求,支撑平台启动数据组装服务,通过信息交换总线向各下级配用电系统请求分布在其中的数据,信息集成后发送给应用模块,各应用进行数据组装,对各模块提供数据支撑。
综合能量管理系统从综合角度考虑电源、电网、用户三方面的需求,根据配电网中的各种分布式电源、微网、储能装置以及可控负荷、电动汽车等需求侧资源的不同运行状态及运行发展趋势,分别从空间尺度和时间尺度上建立配电网的协调优化控制策略。在空间尺度上采用基于配网级、馈线级和台区级三级联动的局部就地平衡、区域互相供给、整体消纳分解的协调优化控制策略;在时间尺度上建立短期(日前)、超短期(日内小时级)和准实时(分钟和秒级)三种时间尺度的协调优化控制策略。通过配电网在空间尺度、时间尺度上的协调优化调度,实现主动配电网的高效运行。
3区域能量综合预测技术
发电预测、负荷预测和配网运行态势预测是进行主动配电网综合能量管理的基础。基于客户细分的精细化负荷预测和高性能计算优化、高精度数值天气预报的新能源发电功率已经用于传统配电网简单能量控制。但对于主动配电网尤其是管理范围较大,能量元素多区域配电网,来自于各独立能量体功率预测,由于各种原因会有一些误差,能量的简单叠加会导致误差累积效应,需要对单个能量体的预测结果进行修正。
对于不同大小的功率其修正因子阵是不同的,不可能针对每个功率值给出一个修正因子阵,且这种修正并不是绝对的,模糊理论对解决这种不确定性有着很强的优势。根据能量体预测功率与容量的比值将预测功率划分为很小、较小、中等、较大、很大几个区间,根据历史数据分别求出每个区间的区域其他能量体对目标能量体的隶属度,进而得到每个区间的修正因子阵,存在模糊规则库中。选取模糊输入为目标能量体与本容量的比值和区域其他能量体与对应容量的比值,根据模糊推理机从模糊规则库中抽取相应的修正因子矩阵,计算后得到模糊能量体修正能量。
4多级能源协调控制技术
传统配电网配网级、馈线级和台区级三级的关系非常明确,能量的流动方向是从上级配网辐射用户台区,主动配电网导致三级的能量流动方向发生变化。
图2多级能源协调框架图
以新能源最大消纳运行模式为例,综合能源管理系统计算协调内部的“可调度负荷容量”和“可调度电源容量”,并以此为约束,以新能源最大化消纳为目标计算生成相关下级子系统的“能源调控指令”,包括新能源发电量和可控负荷控制命令。微网能量管理系统在接到“能源调控指令”后,在保证供电可靠性的前提下,进行新能源发电量的调节,提高新能源发电的占比。配电自动化系统根据“能源调控指令”,与微网能量管理系统协调配合,在保证电网安全和可靠用电前提下,进行能源优化控制,减少上级电网供电配给。智能楼宇系统、电动汽车充电设施管理系统等接收到上级负荷调控命令,进行“实时能量优化控制”,提高可控用电负荷的新能源供电比例,以实现新能源的最大化消纳。同时综合能量管理系统将园区的新能源发电与负荷用能情况上传到上级电网,以此来合理调整安排发电计划。
5试点应用
主动配电网综合能量管理系统在中新天津生态城部署,以生态城配网区域作为能量管理对象,含32条10kV配电线路,总长度数91.2km,配变台数181,公变台数168,专变台数13,分布式电源13.693MW(包括光伏、风机、三联供)、分布式储能709.7kW˙h、生态城有充电站2个、换电站1个,总计115个交流充电桩,总容量2MW;嘉铭智能小区(最高负荷2.3MW、最低负荷0.6MW)、智能楼宇:创展大厦、生态城营业厅、天津凯普特(最高负荷3.6MW、最低负荷1.3MW)、可控负荷3MW。
面对新能源的接入,综合能量管理系统根据区域能量综合预测结果改变配网运行方式、利用储能调节和负荷调控尽可能消纳可再生能源发电。下图是中新天津生态城综合能量管理系统管理区域上线后12个月可再生能源月渗透率曲线,根据统计上线12月总渗透率为20.73%,其中2014年4月至8月渗透率均超过20%,五月份月均渗透率为37.22%。图9渗透率最高月份日渗透率曲线,最高日渗透率达到50.02%。
图3上线后月可再生能源渗透率曲线
6结语
主动配电网综合能量管理系统适用于国内已建设的相当规模的各类大中型工业园区和居民区,具有以下几个方面的意义:
1)适应即将涌现的分布式电源大量接入的需求,实现了分布式电源与电网的协调运行、分布式电源的友好接入以及含分布式电源的配电网适应性。
2)实现了“源-网-荷”协同优化调度技术,提高设备和资源的利用率,提高了智能配电网的安全性、可靠性、经济性、优质性,为未来配电运营提供直接参考依据。
3)智能配用电互动化应用显著提高配电网供电安全可靠性、供电质量,降低配电网损耗,提高配电网接纳新电源的能力,实现电网与用户的友好互动。
4)综合能量管理系统在已有配电自动化和信息系统上构建,可以形成设备、系统之间的集成和互融,发挥各种智能化应用功能,引导用户合理用电,降低用电成本,节约社会资源。
