在分布式电源快速推广和电力市场改革的背景下,考虑将分布式电源资源纳入到电力市场竞争中,为电网提供更加高效、灵活的电力供应的同时,保障整个供电系统的安全稳定运行和经济调度。本文在充分分析分布式电源的发展历程和现实时代背景的基础上,借鉴电力需求侧自动需求响应的概念,提出了基于分布式电源的自动发电响应,并相应地给出了可执行的分布式电源自动发电响应策略,本文还进一步创新地设计了实现分布式电源集群能量优化管理系统的系统网络架构。本文对于分布式电源自动发电响应的积极探索,能够使分布式电源在电力市场改革的新时代背景下充分发挥其清洁、灵活的优势,能够为分布式电源与电网的协调发展提供可行的方向。 In the new era of high-speed development of distributed generation and electricity market reform, it is possible to incorporate distributed generation resources into the competition of electricity market; in this way, it could provide more efficient and flexible electricity supply to power grid, and ensure the whole power system operating in a safe, stable and economic pattern. In this paper, on the basis of sufficient analyzing the development history and practical background of distributed generation, and inspired by the idea of automated demand response, a new concept of automated generating response based on distributed generation resources is proposed, and a series of executable strategies about automated generating response are given in detail accordingly; moreover, this paper makes a further discussion about the network architecture of distributed generation cluster energy optimization management system. In the new era of electricity market reform, the active exploration of distributed generation automated generating response in this essay would take full advantage of the clean and flexible characteristics of distributed generation, and it may offer a feasible direction to coordinate the relationship between distributed generation and power grid.
孙旻1,喻洁2,曾伟1,陈亮1,陈仁思2
1国网江西省电力公司电力科学研究院,江西 南昌
2东南大学电气工程学院,江苏 南京
收稿日期:2017年3月10日;录用日期:2017年3月27日;发布日期:2017年3月31日
在分布式电源快速推广和电力市场改革的背景下,考虑将分布式电源资源纳入到电力市场竞争中,为电网提供更加高效、灵活的电力供应的同时,保障整个供电系统的安全稳定运行和经济调度。本文在充分分析分布式电源的发展历程和现实时代背景的基础上,借鉴电力需求侧自动需求响应的概念,提出了基于分布式电源的自动发电响应,并相应地给出了可执行的分布式电源自动发电响应策略,本文还进一步创新地设计了实现分布式电源集群能量优化管理系统的系统网络架构。本文对于分布式电源自动发电响应的积极探索,能够使分布式电源在电力市场改革的新时代背景下充分发挥其清洁、灵活的优势,能够为分布式电源与电网的协调发展提供可行的方向。
关键词 :分布式电源集群,自动发电响应,智能电网调度,能量优化管理
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分布式电源具有投资成本低、建设快、运行维护费用低、灵活性高和节能环保等显著优点 [
大量分布式电源的接入,给配电网带来了诸多挑战和影响。文章 [
电力系统运行时期,受到分布式电源的随机性和波动性的影响,保持实时的频率和电压的平衡将变得非常困难 [
针对大规模、小容量的分布式电源的接入带来的诸多挑战,许多学者和研究人员就不同的问题开展了细致的研究,也取得了许多可喜的成果。文献 [
分布式电源接入电网产生的一系列问题,归根结底是由于分布式电源无法得到有效的监控和运行管理。针对配电网中大规模、小容量分散的分布式电源无法得到有效的监控和运行管理的问题,本文提出了可实现分布式电源集群能量优化管理的系统网络架构,并在此架构下借鉴电力市场的自动需求响应的概念,创新性地提出了适用于分布式电源的自动发电响应,并基于不同的场景给出了不同的自动发电响应激励策略。本文提出的分布式电源自动发电响应策略能够有针对性解决大规模分布式光伏接入给电网带来的潜在威胁,也可进一步推广应用于分布式电源参与电力市场竞争的场景。
2014年10月,国家能源局,国务院扶贫开发领导小组办公室联合印发了《关于实施光伏扶贫工程工作方案》,决定利用6年时间组织实施15GW光伏扶贫工程 [
光伏扶贫的地区多是负荷水平较低的农村和偏远山村地区,扶贫项目建设的光伏分布式电源集群出力的随机性容易造成区域配电网的不稳定和电力调度的困难。光照资源充足时,光伏分布式电源集群的出力可能远超过扶贫区域的负荷水平,如果无理由的大量弃光会造成扶贫对象的利益损失;光照强度波动幅度较大时,势必会造成区域电网频率和电压的波动,同时也会使得区域电网投入较多的备用调度资源。总之,对扶贫项目建设的光伏分布式电源集群需采取合理的区域管控手段,保障电网的安全稳定运行、经济调度和扶贫对象的合理利益。
综合考虑到电网的安全稳定运行、经济调度和贫困农户的实际利益,本篇文章考虑将分布式电源以集群能量优化管理的方式参与到电力市场竞争中,通过对分布式电源进行实时的状态监测和运行管控,构建区域级别的分布式电源运行管控中心,针对不同电网运行状态和分布式电源出力状态,采取相应的分布式电源自动发电响应策略,达到整个扶贫区域分布式电源与电网的友好互动,同时也能够保障扶贫对象的收益和电网的安全。本文针对不同的电网运行状态和光伏分布式电源出力状态,设计了多种可行的分布式电源的发电需求响应激励策略,能够通过分布式电源集群能量优化管理系统提供更加高效灵活的电力供应,提高整个供电系统的安全性,同时也将有助于改变能源结构、提高清洁自然能源利用率和减少环境污染。
通过建立分布式电源区域管控中心,并与扶贫对象达成参与电力市场竞争和区域管控的协议,即可针对不同的电网运行状态和分布式电源出力状态,实施相应的分布式电源自动发电响应策略,并给予扶贫用户相应的补偿。如图1所示,目前设计的激励策略主要有六种:发电平稳性激励,分时有序发电激励,发电低谷停机补偿激励,发电高峰限制激励,直接控制补偿,高能效补偿激励。发电平稳性激励,主要面向出力平稳的分布式电源的激励措施,通过发电平稳性补偿激励用户采用合理的措施,保持分布式电源出力的平稳性;分时有序发电激励,主要考虑到负荷变化的特性,通过此项激励措施,保证分布式电源的出力和负荷变化情况大体匹配;发电低谷停机补偿激励,主要考虑的是分布式电源的出力难以达到一定额度,不予以并网接入的情况;发电高峰限制激励,则考虑的是电力供应充足而负荷不足的情况,采取适当控制来限制分布式电源的出力;高能效补偿激励,主要是对能源转换效率较高的分布式电源进行一定补偿,鼓励用户不断提高分布式电源的能效。
可以看出,分布电源的自动发电响应具有经济效益、发电响应和负荷需求三个不同的维度。分布式电源发电响应策略的提出,不仅能够满足电网的发电与负荷需求相匹配的需求,还能保障扶贫对象的实际利益需求,最为重要的一点在于分布式电源自动发电响应,内在地保障了电网的安全稳定运行和经济调度的需求。
新能源发电技术和分布式电源的高速发展,柔性输变电设备和电动汽车等大规模推广应用,需求侧响应和电力市场的深化改革的实施,使得中国未来电网的发电、输电、用电形态和运营模式都将发生重大变 [
图1. 分布式电源自动发电响应激励政策
本文则主要考虑的是将分布式电源以集群能量优化的形式参与到电力市场竞争中的情况,为电网和分布式电源的协调运行提供了一种极具前瞻性的方法。为了更好地实现前面设计的分布式电自动发电响应策略,本文提出了两种支撑其发展的分布式电源集群优化管理系统架构。如图2所示,为分布式电源集群控制中心集中式网络架构图。整个网络架构主要分为三个层次:分布式光伏并网接口设备、分布式光伏区域管控设备和分布式光伏远程集控中心。
分布式光伏并网接口设备是分布式电源接入电网的控制设备,主要负责监控分布式电源的运行状态和采集与分布式电源发电相关的自然微环境数据,并根据区域通讯条件选择合适的通讯手段,实时地向分布式电源区域管控中心上传监控和采集的数据,同时还需接受来自区域管控中心的控制指令,对分布式电源的并网功率进行相应的调整;分布式光伏区域管控设备负责分管各个区域的所有的分布式电源,实时的根据自然微环境数据和分布式电源的历史数据预测分布式电源的出力,并综合多种因素确定对应的分布式电源自动发电响应策略,然后向区域分布式电源并网接口设备下发控制指令;分布式电源远程集群控制中心,主要负责与各个区域管控设备进行通讯,基于分布式电源终端装置采集的历史微环境数据和出力数据,集群控制中心可分析各类型电源的发电能力的阶段互补性、相关性等特点,在自动发电激励机制框架下,考虑到电力市场交易和售电市场情况,构建未来多时间尺度耦合的多目标组合优化目标,并基于总体的优化目标协调分配各个区域分布式电源的出力,从而达到整个分布式电源系统的最优调度。集中式网络框架与现有的电网集中式调度框架相匹配,有较好的控制效果,但通讯数据量较大,计算复杂度高,因此效率较低。
如图3所示,为分布式电源集群控制中心集散式网络构架图。与上述的集中式网络框架的不同在于:分布式光伏并网接口设备的监测和采集数据直接上传给分布式电源集群控制中心,集群控制中心将
图2. 分布式电源集群控制中心集中式网络构架图
图3. 分布式电源集群控制中心与电网调度系统网络框架
历史数据进行存储和相应的预测分析,综合各类型电源的发电能力的阶段互补性、相关性等特点,在自动发电激励机制框架下,考虑到电力市场交易和售电市场情况,构建未来多时间尺度耦合的多目标组合优化目标,并将最终的优化信息汇总处理,然后将可用信息传递给分布式电源区域管控设备;分布式电源区域管控设备可接收来自电网调度的调度指令,综合硬性的调度指令和来自集群控制中心的有效信息,作出相应的决策,向分布式电源并网接口设备下发可执行的自动发电响应策略。整个集散式的网络架构形成了一个有效的闭环信息传递,能够快速实现电网和分布式电源集群的协调运行。
智能电网调度控制系统的目标在于实现电网的安全稳定运行、经济高效调度和绿色清洁发展,分布式电源的高速发展、电力市场的改革、新型电网控制技术的研究和配套电网调度控制系统架构的设计等都是实现智能电网不断向前发展的必要条件。本文以全国如火如荼进行的光伏扶贫项目带来的机遇和挑战为出发点,综合考虑电网的安全运行、经济调度和扶贫对象的经济利益,创新性地提出了分布式自动发电响应的概念,并重点地讨论了分布式电源集群能量优化的实现方式,文章最后还详细地介绍了支撑自动发电响应的分布式电源集群能量优化管理系统网络架构。
本文借鉴负荷自动需求响应的概念提出的分布式电源的自动发电响应策略,在电力市场改革的新潮中极具前瞻性,能够为未来实现分布式电源与电网的协调运行提供新的方向。本文在分布式自动发电响应的策略设计上略显粗糙,未来可以根据具体的实际情况加入更细致的策略设计。
国家自然科学基金(51407030),国家博士后基金(121809),国网江西省电力公司科技项目“面向能源互联网的区域电网低碳调度技术研究”。
孙 旻,喻 洁,曾 伟,陈 亮,陈仁思. 基于自动发电响应的分布式电源集群能量优化管理系统DGC Luster Energy Optimal Management System Based on Automatic Generation Response[J]. 电气工程, 2017, 05(01): 90-96. http://dx.doi.org/10.12677/JEE.2017.51011