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赵东元:能源互联网灵活电力交易下的电能质量发展浅谈

作者:赵东元  来源:清华能源互联网研究院  发布时间:2017-1-5 10:39:56

中国储能网讯:随着能源互联网的发展,大规模分布式源储、电动汽车及充电设施的出现,电能质量领域面临着扰动问题复杂化的新挑战。深化电力体制改革后出现的3500家售电公司,直接改变着电力交易市场主体,灵活电力交易已经成为趋势。基于能量离散化与互联网化的储能型电能质量装置不仅是解决供电品质的新装置,而且也是实现灵活电力交易的新手段。同时,基于互联网云平台建立一种信息透明共享、终端兼容接入、分布式存储计算、支持友好互动的开放型电能质量信息系统是未来的方向。

1.能源互联网是什么?

根据周孝信院士的《未来电力系统发展趋势和研究方向的探讨》,全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架、全球互联的坚强智能电网,特质是“特高压电网+智能电网+清洁能源”。

根据《国家能源局关于组织实施互联网+智慧能源(能源互联网)示范项目的通知》,集成各类可再生能源、智能电网、电动汽车及充放电设施,建设低碳城市。建设示范区能源互联网安全数据共享平台和能源交易平台,支撑智慧城市建设。其特质是“低碳、互联网+、新业态”。

同时,基于清洁能源中枢(如天然气冷热电三联供、光伏、风电等)的能源互联网示范园区,实现多能流协同能量管理,探索多种能源形式灵活交易与需求响应模式,提高清洁能源利用用率和终端能效。其特质是“分布式源储、互联网+、灵活交易”。

能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态,具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。简单来讲,能源互联网具有以下 “1-2-3-4” 特征:

1个多网融合的能源链:依赖于高度可靠、安全的主体网架电网,具备柔性、可扩展的能力,支持分布式能源(生产端、存储端、消费端)的即插即用。

2个重要特征:清洁能源与 “互联网+”

3个层级:

物理基础(设备层):分布式电源、储能、电动汽车与充电设施

数据通信层:能源信息物理系统的融合,即插即用能量网卡,智能硬件

价值挖掘(应用层):创新模式能源运营,新型售电、光伏资产、能源互联网金融

4个互联网特征:

自由多边、广泛参与、信息对称、用户体验

目前,国内已经建设的能源互联网项目是以 “三联供+分布式光伏+储能” 集成为重要内容。也存在的若干问题:是否能够实现并网/离网转换过程的无缝切换?多种设备之间的互联互通的协议是什么?多能互补协调控制的决策依据是什么?进一步而言,能量运营管理的决策依据是否支撑园区的长期商业模式?

美国、德国等国家建设的虚拟电厂,体现了多方参与和互联网+商业模式,具有一定借鉴意义。例如用户为光伏配套购买kW级储能装备,Ampard(Ampard Energy Manager)利用他们的能源管理系统将用户的储能装备管理起来,以虚拟电厂方式提供一次调频控制备用等服务。Fenecon保证4年之间,每年提供给用户€400的收入,Fenecon声称每年还可能为用户提供€400-500的额外收益。

2.能源互联网下的电能质量新需求

电能质量扰动复杂化:

1 分布式电源

正面影响:分布式电源及储能可以实现能量的就地平衡,提高了配电网承载负荷的能力和系统稳定性。提供了更多的解决途径。

负面影响:由于光伏和风力发电功率的自然随机性、波动性以及(现有技术手段下)的不可调度性,分布式电源接入容易引起电压暂降、波动与闪变、谐波污染、电压越限等电能质量问题。

2 储能——提供功率与能量的支撑

3 电动汽车——是汽车还是电池?是负荷还是电源?

负面影响:无序充电,功率冲击波动,谐波,电能质量

正面影响:移动灵活、可调度的储能

电能质量数据多元化。随着能源互联网的深入建设,以电能为核心,化学能与热能等多种形式能源类型已经越来越多的参与并影响到供用电关系。电能质量数据格式多样,包括电量数据、事件数据、图形数据、地理信息数据、气候数据等。而且数据分布广泛。因此电能质量数据多元化,异构严重。

电能质量品质严格化。现代自动化生产线完全依赖于数字信息,对于各种电磁干扰都极为敏感,原本对电动机负载没有影响的微小的电压波动,都可能影响到电子控制系统的正常工作,甚至导致掉闸或生产停顿,严重时造成较大的经济损失。

电力交易灵活多样化。电力交易的多样化表现在市场业体和交易模式的变化。原来的电力供应只是电网公司与电力用户之间行为。现在,随着电力体制改革的深化,出现了大量的新型售电公司,直接改变了电力交易的市场主体。能源互联网技术发展以及相关政策中也明确提出了开展点对点的互联网化交易、电动汽车与储能的互联网化运营、需求侧响应及辅助服务等新模式新业态,这将改变传统的电力交易模式。以上新型售电公司与交易模式需要发展电能质量监测技术。

3.能源互联网下的电能质量发展趋势

能源互联网旨在提高可再生能源比重,促进化石能源清洁高效利用,提升能源综合效率,推动能源市场开放和产业升级,物理层主要包含分布式电源(光伏发电、风力发电等)、分布式储能、电动汽车及充电设施、可调负荷。数据层主要是基于高速信息网络,融合智能终端、能源路由器等智能硬件的物理信息系统。应用层主要是基于云平台和大数据技术而开展的清洁能源高效消纳、智慧用能及增值服务、用户侧响应互动的互联网交易和服务。能源互联网的以上技术内涵促进了电能质量的新发展。

基于分布式源储的能源互联网的技术体系:

在上述技术体系中,国内光伏发电、换流器、充电体系已经实现了产业和技术的重大突破。而若干问题(红色字体)为目前需要突破的瓶颈,也是当前重要的研究热点。

在以上问题,本研究中心着手开始了以下研究:

3.1 能量虚拟化系列关键技术研究

以电池储能为突破口,与现有电池固定成组路线不同,建立一种网络化的电池管控体系。

其重要技术重点包括:动态可重组结构、单体和成组电池的SOC精确估算、基于模糊测度的复杂网络快速计、实现电池的组网通信协议、实现电池能量的云管控。

基于以上技术正在开展互联网能量管控示范应用:微电网中基于退役电池的储能装置的互联网调度;主动配电网中的分布式储能的能量响应、调频调峰、电能质量应用;储能型电能质量装置等。

3.2 基于云计算的电能质量信息系统架构

现有电网公司建立的电能质量监测系统存在着的局限性:

(1)封闭型。体现为信息的不对称和不透明。由于原有供用电业务只发生在电网公司与用户之间,而且出于信息安全和信息专网覆盖,所以电能质量监测系统一般处于电力系统内部信息网中,用户一般无法访问。

(2)系统建设成本高。

(3)缺少电能质量数据高级分析及增值服务。

随着电力体制改革的深化推进,大量的新型售电公司与电力交易新模式需要发展基于互联网的开放型电能质量监测系统,应该具备以下特征:信息透明共享、终端兼容接入、分布式存储计算、支持友好互动。

两种架构下的电能质量信息系统对比如下图所示:

基于“互联网+”的分布式计算、网络存储等先进技术,能够提供更为完善的全局性、长期性数据服务,也将改变促进电能质量监测行业从产品销售模式转为服务模式。

4.结束语

以大规模分布式电源及储能、虚拟电厂、电动汽车及充电设施、灵活可调的负荷资源为重要内容的能源互联网中,多样灵活的互联网电力交易成为一种趋势。深化电力体制改革催生了大量的新型售电公司,也将直接改变电力交易市场主体。电能质量行业在市场模式上和技术内涵上都面临着发展机遇。

(作者为清华大学能源互联网创新研究院副研究员,本文根据作者于"现代电能质量技术丛书读者交流会"演讲PPT编辑而成)

附:演讲PPT

关键字:能源互联网

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