Andrew Mears, James Martin

SwitchDin Pty Ltd., Newcastle, NSW 2302, Australia

1. 背景和內(nèi)容

對(duì)能源網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，一個(gè)迫在眉睫的挑戰(zhàn)是：最大限度地發(fā)揮澳大利亞電力能源系統(tǒng)中分布式能源（DER）的價(jià)值，并確保其在大規(guī)模使用中的穩(wěn)定性和可靠性。由于缺乏統(tǒng)一的DER連接和第三方外部控制的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為DER市場(chǎng)制造的設(shè)備，如戶用光伏（PV）逆變器和電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，無(wú)法對(duì)能源系統(tǒng)發(fā)揮其最優(yōu)價(jià)值。不受管理的光伏系統(tǒng)大規(guī)模滲透帶來(lái)的挑戰(zhàn)是：造成電能質(zhì)量問(wèn)題以及導(dǎo)致配電網(wǎng)絡(luò)局部區(qū)域的反向電流；并且，將分布式光伏逆變器管理與電力負(fù)載管理分開(kāi)考慮會(huì)錯(cuò)失許多機(jī)會(huì)。

近年來(lái)，DER管理領(lǐng)域不斷受到關(guān)注，相關(guān)活動(dòng)也不斷增加，例如，能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì)（ENA）和澳大利亞能源市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商（AEMO）發(fā)布的報(bào)告《開(kāi)放能源網(wǎng)絡(luò)所需能力和建議措施》，以及澳大利亞能源市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商的綜合系統(tǒng)計(jì)劃（AEMO’s Integrated System Plan），該計(jì)劃為將DER納入更全面的能源系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。一些試點(diǎn)項(xiàng)目也有助于闡明DER管理如何提高能源系統(tǒng)運(yùn)行效率，為傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施投資方案提供了一種替代方案，其中包括Horizon Power公司在西澳大利亞州啟動(dòng)的Onslow DER項(xiàng)目和Smart Sun Pilot項(xiàng)目，塔斯馬尼亞州的Bruny Island Battery Trial項(xiàng)目（聯(lián)盟），Zepben公司的ARENA支持發(fā)展項(xiàng)目以及SA Power Networks公司提出的“靈活出口”（flexible export）路徑。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視性和設(shè)備控制對(duì)于成功集成DER至關(guān)重要，特別是在PV滲透率開(kāi)始超過(guò)由ENA和AEMO在《開(kāi)放能源網(wǎng)絡(luò)所需能力和建議措施中期報(bào)告》確定的30%～40%臨界閾值。這是一個(gè)公認(rèn)的問(wèn)題，且澳大利亞可再生能源測(cè)繪基礎(chǔ)設(shè)施（AREMI）已經(jīng)開(kāi)發(fā)的制圖工具，可幫助公用事業(yè)和技術(shù)提供商識(shí)別配電網(wǎng)絡(luò)中潛在的光伏阻塞和其他問(wèn)題點(diǎn)，在這些地方，建立更好的分布式能源的優(yōu)化管理是一種比建立額外的常規(guī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施成本效益更好的投資選擇。

盡管如此，到目前為止，在澳大利亞，公用事業(yè)公司管理DER的方法主要是通過(guò)限制系統(tǒng)規(guī)模或能源輸出以限制連接到本地網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的太陽(yáng)能光伏容量，或者單獨(dú)地遠(yuǎn)程控制關(guān)鍵能源消耗設(shè)備，如熱水器、泳池泵以及某些情況下的空調(diào)設(shè)備（如昆士蘭能源公司的Peak Smart計(jì)劃）。與此相似但又不同的是，也有一些計(jì)劃和試點(diǎn)項(xiàng)目對(duì)電池進(jìn)行聚合和管理，以支持低壓（LV）網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)或參與能源市場(chǎng)。

2. DER靈活負(fù)荷管理的優(yōu)點(diǎn)

在DER管理環(huán)境下，靈活負(fù)載由一組至少一種能源資源組成，這些能源資源在共享點(diǎn)連接到電網(wǎng)，通過(guò)對(duì)外部控制信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)（如來(lái)自DER管理系統(tǒng)DERMS的信號(hào)）來(lái)交付能源市場(chǎng)和（或）電網(wǎng)服務(wù)。

靈活負(fù)載可以包括：

（1）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)逆變器；

（2）電池等儲(chǔ)能系統(tǒng)；

（3）熱水器、泳池泵、電動(dòng)汽車充電器等遠(yuǎn)程可控能耗設(shè)備。

DER設(shè)備具有不同程度的靈活性。例如，電池存儲(chǔ)系統(tǒng)具有高度的靈活性，并可以隨著負(fù)載的增加和減少總體進(jìn)行充電或放電。光伏系統(tǒng)的管理機(jī)會(huì)在于減少發(fā)電量（增加負(fù)荷），同時(shí)可控負(fù)載可以實(shí)時(shí)增加或減少（在設(shè)備所有者同意的范圍內(nèi)）。

圖1說(shuō)明了如何根據(jù)優(yōu)先順序分配不同能源類型以響應(yīng)來(lái)自DERMS或SCADA系統(tǒng)的外部控制。實(shí)際優(yōu)先順序可能會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)營(yíng)商與DER所有者之間的合同協(xié)議而有所不同。

從本質(zhì)上說(shuō)，對(duì)DER的不同干預(yù)程度與設(shè)備在沒(méi)有外部控制的情況下的運(yùn)作方式形成對(duì)比。干預(yù)程度的值用顏色標(biāo)注，如圖1所示。

（1）綠色區(qū)間的干預(yù)措施將預(yù)計(jì)對(duì)資產(chǎn)所有者產(chǎn)生中性或有益的影響。例如，調(diào)度可自由支配的負(fù)載，如泳池泵，或PV輸出解除限制（如超出默認(rèn)輸出限制）。

（2）橙色區(qū)間的干預(yù)措施可能會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)影響，但不會(huì)影響便利性或舒適性。在擁有眾多活躍的消費(fèi)者的未來(lái)電網(wǎng)中，這些干預(yù)措施可能會(huì)得到經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。同樣，能源網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)向光伏或電池系統(tǒng)所有者提供更有利的靈活的連接協(xié)議，否則，所有者將受到能源出口限制的影響。

（3）紅色條帶顯示的干預(yù)措施可能會(huì)對(duì)最終用戶產(chǎn)生更重大的財(cái)務(wù)或舒適相關(guān)的影響，但提示次數(shù)受限。此部分的條款措施只有在征得用戶家庭明確同意和（或）換取大量補(bǔ)償?shù)那闆r下才能獲準(zhǔn)使用。在大多數(shù)情況下，這些都是為了維持電網(wǎng)穩(wěn)定而進(jìn)行調(diào)度的緊急措施。

3. 聚焦—澳大利亞西部地區(qū)的DER管理案例研究

Horizon Power公司和DevelopmentWA公司在布魯姆（Broome）的Smart Sun試點(diǎn)是一個(gè)獨(dú)特的虛擬電廠（VPP）案例。此試點(diǎn)結(jié)合發(fā)電和負(fù)荷作為可調(diào)度資源，試驗(yàn)出LV網(wǎng)絡(luò)級(jí)挑戰(zhàn)的實(shí)時(shí)解決方案。作為西澳大利亞地區(qū)的公用事業(yè)公司，Horizon Power公司致力于研究各種方案以便優(yōu)化DER在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中的作用。Smart Sun在一個(gè)由單極變壓器供電的住宅開(kāi)發(fā)項(xiàng)目約30個(gè)站點(diǎn)處部署了一系列DER設(shè)備類型。Smart Sun試點(diǎn)項(xiàng)目中，住戶充當(dāng)靈活負(fù)荷并在站點(diǎn)層面接受管理。澳大利亞能源技術(shù)公司SwitchDin以Droplet控制器的形式為一系列設(shè)備類型和品牌提供了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接。Droplet作為站點(diǎn)層面的協(xié)議轉(zhuǎn)換器與SwitchDin的Stormcloud平臺(tái)連接，從而對(duì)整個(gè)項(xiàng)目范圍進(jìn)行協(xié)調(diào)。為了監(jiān)測(cè)電壓水平和網(wǎng)絡(luò)功率流經(jīng)變壓器的情況，在變壓器上安裝了Droplet控制器。結(jié)合來(lái)自住戶的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)SwitchDin的Stormcloud云平臺(tái)對(duì)本地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行閉環(huán)控制。

Smart Sun試點(diǎn)的目標(biāo)旨在：

（1）在管理配電變壓器的反向功率流的同時(shí)，提高屋頂太陽(yáng)能光伏的滲透率；

圖1. 靈活負(fù)載設(shè)備能源頻譜。BAU：常規(guī)。圖片來(lái)源：SwitchDin。

（2）降低配電變壓器用電高峰需求；

（3）連接更多的客戶到現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，從而降低住宅開(kāi)發(fā)成本。

最后，Horizon Power公司可以展示DER的集合控制，以管理峰值負(fù)載并防止變壓器出現(xiàn)反向電流，如圖 2所示。

Smart Sun的能源調(diào)度時(shí)間間隔為5 min，這是當(dāng)前交易時(shí)間間隔和即將在澳大利亞全國(guó)電力市場(chǎng)（NEM）上批發(fā)電力的結(jié)算時(shí)間間隔。這意味著該項(xiàng)目獲得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)低壓電網(wǎng)和批發(fā)電力市場(chǎng)交易中的DER管理都有一定的意義。

重要的是，Smart Sun 試點(diǎn)提供了Horizon Power詳細(xì)的管理自定義功能，以及可自定義的優(yōu)先順序、設(shè)備分組及設(shè)備使用周期和調(diào)度持續(xù)時(shí)間的相關(guān)策略。

4. 展望

積極的、公用事業(yè)驅(qū)動(dòng)的DER管理的機(jī)會(huì)不限于電池的充電和放電。未來(lái)能源系統(tǒng)的優(yōu)化將涉及站點(diǎn)層面、LV網(wǎng)絡(luò)和能源市場(chǎng)層面上運(yùn)行的一系列DER設(shè)備的可見(jiàn)性和管控。DER管理多樣化、靈活的負(fù)荷將為系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)所有者提供更多的機(jī)會(huì)。

圖2. （a）戰(zhàn)略性計(jì)劃減少住宅區(qū)多余太陽(yáng)能PV以防止反向電流流過(guò)本地極點(diǎn)變壓器的例子；（b）（a）中削減光伏發(fā)電量對(duì)局部配電變壓器負(fù)載的影響。數(shù)據(jù)來(lái)自Horizon Power公司和DevelopmentWA公司的Smart Sun試點(diǎn)和SwitchDin公司。來(lái)源：SwitchDin。