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图4 深圳虚拟电厂技术路线图
第一步,计划用时2年,研究重点包括必要性和可行性论证、技术框架构建及关键技术开发、软硬件原型机开发、关键环节试点验证。
第二步,计划用时2年,研究重点包括系统性的技术开发与完善、市场机制研究、标准规范编制、规模化示范等。
第三步,计划用时2年,研究重点为商业化虚拟电厂平台研发及建设。
与前两步不同的是,第三步工作的开展需要一定的触发条件,即虚拟电厂相关市场机制的建立。
(五)资源条件及控制策略
在可控资源方面,深圳主要有空调负荷、电动汽车充电负荷、分布式电源与储能3大类,前两者是目前的优质资源。利用这些资源,研究团队重点关注了三类问题的解决策略,即削峰、调频、电压优化。
削峰方面,采用的控制策略为:以经济效益最优和调峰效果最优为目标,优化调控虚拟电厂出力,支持系统有功平衡。
调频方面,控制策略的创新包括:提出了“基于规则”虚拟电厂优化调度算法,结合不同类型可调控资源响应特性的差异,同时考虑用户参与度和用能舒适度,提出了多类型虚拟电厂协同频率控制策略,能够在频率调节过程中充分利用虚拟电厂的可调节容量。
配电线路电压优化方面,以配电网运行的安全性和经济性为出发点,以电压指标最优和网损最小为目标,考虑系统潮流约束、运行约束、可控负荷运行约束,提出了配电网多时间尺度电压优化控制策略,可以降低由于配电网线路过载可能引起的配电网电压波动。
(六)试点方案
在选点原则方面,研究团队主要有三方面的考虑:
能够快速汇聚成规模的可调度资源
能体现深圳虚拟电厂可控资源特征
考虑深圳虚拟电厂未来的业务拓展
图5 试点用户
激励方式方面,考虑到目前缺乏对用户提供直接货币补偿的机制,研究团队从虚拟电厂可能提供的增值服务入手,进行了一些探索,例如节能监测、资产管理、节能建议等。
基于上述考虑,研究团队最终选择了3家外部意向试点用户:深圳湾科技(生态园III区)、普天新能源(深圳民乐充电站和福田枢纽充电站)、欣旺达光明工业园微电网。
示范项目的总体部署方案:
主站部署方案为虚拟电厂主站系统部署于深圳110kV投控变电站内,由变电站提供设备运行所需电源、制冷等基础环境要求。
安防设置为本期虚拟电厂主站系统采用孤立系统设计和运行,同时,为满足安全防护要求,建设安全接入区、等保一体机和网络流量审计等系统。
用户接入方案分两种情况:
欣旺达工业园、福田充电站两个试点的虚拟电厂终端通过加密模块加密后,利用无线公网接入安全接入区;
深圳湾科技生态园试点,由于无线信号不佳,终端加密后通过运营商专线公网接入安全接入区。
(七)原型机开发
深圳虚拟电厂采用了“平台+终端”的原型机系统架构。
平台部分(VMS)包含SCADA服务器和应用服务器,可根据可调资源运行状态开展实时优化计算,并将计算结果指令通过智能终端下发至相连的分布式能源资源,进而控制其出力。
智能终端部分(LCU)同时采集相连的分布式能源资源的运行状态数据,并上传至平台原型进行优化计算。
图6 软硬件成果及第三方检测报告
目前整套原型机系统已经通过了第三方机构检测,并已在深圳110kV投控变电站安全试运行900天。
图7 系统运行曲线
本系统在软硬件层面的特色包括:
实现了系统的闭环、实时在线、全自动运行(在国内应该是处于领先位置);
可在1秒钟内快速完成优化计算和指令下达;
测试显示,虚拟电厂系统可准确响应调度指令;
此外,原型机在功能扩展、通用性、安全性等方面均有可挖掘潜力。
在系统功能层面的亮点包括:
全资源整合、闭环优化调控:全面包含典型的源、荷、储可控资源,且均可参与调度调控,打通中小型分布式能源与调度的通信及调控,实现了真正意义的主动配电网;
实现友好互动:尊重用户体验,可实现柔性负荷自动控制,避免直接切断/关停负荷;
高可靠、易维护:平台优化功能开发采用容器技术,运行优化计算程序稳定可靠,实时性好,易于维护;
通用性强、功能易扩展:智能终端采用灵活的模块化设计,具备通用接口,可适应不同类型的分布式能源资源的接入,并可集成更多应用功能;
终端功能可定制:智能终端采用的RTU模块具有较强可编程能力,可灵活实现分布式能源用户所需的定制化逻辑控制功能,并保证现场运行稳定可靠。
三、实践中面临的挑战
1. 顶层设计方面,须对从产业化的高度对虚拟电厂技术架构做全面勾画,并制订细致的分步实施策略。
2. 安全问题方面,虚拟电厂技术在实现灵活电力资源与电网有效互联的同时,也带来了新的安全隐患,这种隐患在信息安全层面彰显的尤为突出。
3. 功能设置的有效性和经济性方面,面向不同的应用场景(城市、农村)、不同的运营者(电网公司、负荷集成商、用户)虚拟电厂宜具备哪些功能(有效性)和系统软硬件如何合理配置(经济性)。
4. 数据基础问题方面,从理论上讲,虚拟电厂可以为电力源网荷储提供一个高效的互动渠道,但真正实现这一点,需要相关各环节在虚拟电厂互动的方式、内容、权责等方面达成共识,并打好信息化基础。(信息壁垒和信息盲区)
5. 知识产权保护方面,现阶段,虚拟电厂技术在各研发单位还处于储备技术阶段,前期的投入刚刚看到产生效益的曙光,在此情形下,各家是靠“一招鲜吃遍天”,还是携手将虚拟电厂技术推向更高的平台,先共同把蛋糕做大,再竞争?这一点值得业内人士共同思考。
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