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应用数字化技术 探索能源互联网建设路径

2022-06-28 08:48来源:国家电网报作者:孟洪民 李瑞 刘泽三关键词:虚拟电厂光储直柔新型电力系统收藏点赞

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“日前现货交易模拟出清曲线已生成,平台按照既定负荷分解算法完成虚拟电厂域内可调节资源出力指令一次分解,预估负荷指令跟踪偏差在3%以内。”6月20日,山西电力科学研究院研究员程雪婷和国网信息通信产业集团有限公司研发工程师徐哲男紧盯运控大屏的监测数据,共同完成了验证算法有效性的虚拟电厂仿真实验操作。这是山西电科院和国网信通产业集团合作打造能源互联网“大科学技术装置”、助力新型电力系统源网荷储协同互动的一项具体实践。

山西电科院长期围绕山西省能源互联网战略性、基础性和前瞻性发展开展研究,2021年起联合国网信通产业集团打造能源互联网科研实证平台——能源互联网“大科学技术装置”,共同探索能源互联网与新型电力系统建设路径,加快“双碳”目标在山西落地实现。

锚定方向,探索数字化技术助力山西能源发展新路径

山西是我国煤炭大省和能源重化工基地,能源革命综合改革与“双碳”目标实现任务艰巨。目前,在能源互联网领域,山西仍相对缺乏支撑能源革命和“双碳”目标落地的技术密集型重大科研基础设施。作为国内能源革命综合改革试点省份,如何加快构建能源互联网与新型电力系统、探索适应山西特点的“双碳”目标实现路径,是山西省面临的一大考题。

在此背景下,山西电科院主动联合在能源数字化领域具有技术优势的国网信通产业集团信通研究院、北京中电飞华通信技术有限公司,以探索能源数字化助力能源互联网与新型电力系统建设为目标,建设以电为核心的能源互联网科研实证平台——能源互联网“大科学技术装置”。

该项目依托山西太原智慧能源互联网示范工程,于2021年8月底启动建设,旨在打造能源互联网山西省域示范区试验基地的科研重器。目前项目整体进入收尾阶段。

能源互联网科研实证平台由能源网架层实证系统、数字全景实证系统和价值平台系统三大部分构成,依托能源数字化手段,构建绿色、柔性、低碳的能源系统,实现物理层能源系统和装备的柔性可调与协同融合,面向新型电力系统源网荷储互动、零碳等技术需求,开展能源互联网科研、实证和示范。

联合攻关,打造融合研究与实证功能的能源互联网科研实证平台

近几年,山西电科院分阶段建设了分布式新能源发电、多类型充电桩、多类型储能、交直流混合微网等实验装置或系统。虽然这些单套实验系统能够满足定向实验需求,但彼此之间由于设备厂商不同、型号差异以及建设时序不一致,难以协同开展能源互联网相关研究实验,实验价值无法发挥到最大化。

智慧能源管控系统是贯通能源网架层实证系统、数字全景实证系统和价值平台系统三大部分、支撑能源互联网科研实证平台运行管理的智慧中枢。智慧能源管控系统综合利用5G通信、边缘计算、人工智能等数字化技术,将能源网架层的实验装置及系统有机整合为一个统一的整体,形成了满足虚拟电厂、光储直柔、有序充电、能源仿真等多业态场景的能源互联网“大科学技术装置”。

“我们提出了积木式实验场景理念,可根据实验需求将不同设备灵活组合成实验系统,开展自定义场景的实验研究。如果说常规的系统集成能够发挥实验装置‘1+1>2’的功效,那么能源互联网科研实证平台依托积木式场景建设理念,有望达到更大的功效。”山西电科院副院长王金浩介绍。

整合多类型实验装置并不像常规意义上的系统集成那么容易。山西电科院的多名专家、专责会同国网信通产业集团信通研究院和中电飞华的研发工程师们,克服疫情影响,以“现场+远程”的工作模式,连续奋战多月,共同攻克了多元设备信息模型标准化与信息融会贯通、虚拟电厂平台“研究态”技术框架设计、多能潮流-碳排放流联合仿真与追踪分析等关键技术,形成了一系列产品级的研发成果。

智慧能源管控系统下的虚拟电厂精准调控仿真与实证平台创新性地融合了“运行态”和“研究态”两种工作模式,针对虚拟电厂参与现货交易等尚未成熟的技术热点难点,设计了支持全环节算法自定义、历史交易模拟推演与回溯分析的平台框架,可为山西电力现货交易市场虚拟电厂业务提供研究平台支撑。

“我们为研究人员在虚拟电厂业务流程的一些关键环节提供了可自定义的实验功能,其中有些环节甚至提供了允许研究人员录入算法源代码的窗口,把原本黑箱化的后台算法转变成前端可编程模式,有效提升了该平台的实验效能,在模式和工程应用上均实现了创新突破。”国网信通产业集团信通研究院院长赵永生介绍。

此外,新能源功率预测算法理论研究往往与实际工程应用出现较大脱节,构建的预测模型对项目依赖性较强。为此,项目团队研发了支持可视化交互式人工智能建模的分布式新能源与多元负荷预测平台,实现了“数据预处理-人工智能建模-模型训练-模型设备映射-精度评估”全环节可视化低代码功率预测实验管理。预测模型可做到一次映射绑定,系统全局共享,真正实现了“研究”和“实证”的一体化,提升了实验效率和成效。经对比测算,依托该平台,研究人员新能源功率预测算法的研发和实验效率可提升60%以上。

示范引领,推广应用能源互联网与新型电力系统原创技术

山西电科院在建设能源互联网科研实证平台的过程中,以国家电网有限公司战略目标和山西省能源转型发展目标为统领,瞄定“双碳”目标,探究能源互联网和新型电力系统发展规律,在“绿色低碳、全景透明、价值创造、智慧科创”理念指导下,努力打造具有广泛应用价值的示范工程。目前该项目已形成“光储直柔”“攻防靶场”“有序用电”“虚拟电厂”“能源仿真”五大场景,可在国内外具有多种资源特征的地区推广应用。

在山西电科院试验基地,新能源汽车充电桩是重要的可调负荷元素。试验基地安装有34台充电桩,几乎涵盖了市场上常见的各类型充电桩。

6月5日,天气晴朗,智慧能源管控系统预警试验基地园区12时至14时会出现光伏发电全额消纳风险。实验人员通过加载自研人工智能有序充电算法策略,以园区负荷波动最小、充电成本最低、新能源利用率最高为目标,自动生成光储充调控指令,将原本在9时至11时、14时至17时的部分充电负荷自主平移至光伏发电消纳风险时间段,确保园区当日新能源100%消纳。经计算,在模拟现货市场实时电价曲线的条件下,当日平移负荷125千瓦时,单次节约充电成本57元。

近年来,山西省极端天气频发。2021年,山西多地月气温、降水频繁突破历史极值,冷暖转换强度历史罕见。项目团队建成数字孪生综合能源系统仿真平台,积极应对极端天气对能源系统安全稳定运行带来的风险。目前,实验人员依托数字孪生综合能源系统仿真平台完成日间暴风雪极寒天气下的能源系统调度仿真研究,通过预判极寒条件下设备故障、新能源停机等风险,以及电网负荷压力,辅助制订最优调度策略,并作为应急预案,将仿真验证后的调度策略自动关联下发到实际生产设备。

能源互联网科研实证平台融入了新型电力系统各类元素和科研装备,实现了仿真、试验、检测、示范等创新要素聚集,未来将在支撑“双碳”目标落地山西和构建新型电力系统过程中发挥作用,助力打造能源互联网建设新样板。

投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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