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        可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控:關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用

        2022-03-22 05:29:58周宇晴邱燕軍劉永春羅衛(wèi)華

        蘭 強(qiáng),周宇晴,邱燕軍,劉永春,羅衛(wèi)華,談 超

        可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控:關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用

        蘭 強(qiáng)1,周宇晴2,邱燕軍3,劉永春3,羅衛(wèi)華1,談 超3

        (1.國(guó)家電網(wǎng)有限公司西南分部,四川 成都 610041;2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司,重慶 400014;3.南瑞集團(tuán)有限公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司),江蘇 南京 211106)

        隨著可再生能源和新型用電負(fù)荷的快速發(fā)展,源-荷雙側(cè)不確定性逐步增加,給電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻帶來了更大挑戰(zhàn)。因此,亟需將可調(diào)負(fù)荷納入實(shí)時(shí)調(diào)度范疇,提升電網(wǎng)運(yùn)行平衡和調(diào)節(jié)能力。首先,分析了將可調(diào)負(fù)荷作為自動(dòng)發(fā)電控制對(duì)象的可行性。然后,以電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)調(diào)頻為應(yīng)用場(chǎng)景,提出了可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控的系統(tǒng)架構(gòu)。通過構(gòu)建安全接入?yún)^(qū)、應(yīng)用多元負(fù)荷調(diào)控終端等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多級(jí)調(diào)度對(duì)可調(diào)負(fù)荷實(shí)時(shí)感知和秒級(jí)控制,將負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度由分鐘級(jí)提升至秒級(jí)。通過西南電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)多級(jí)協(xié)同調(diào)控示范工程實(shí)踐,驗(yàn)證了所提技術(shù)路線的有效性和優(yōu)越性。最后,針對(duì)大規(guī)??烧{(diào)負(fù)荷常態(tài)化參與電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控,提出了研究方向和發(fā)展建議。

        可調(diào)負(fù)荷;電動(dòng)汽車;多元負(fù)荷調(diào)控終端;頻率控制;安全接入?yún)^(qū)

        0 引言

        隨著以風(fēng)電、光伏等為代表的新能源和以電動(dòng)汽車、電采暖、智能樓宇等為代表的新型用電負(fù)荷規(guī)模化快速發(fā)展,源-荷雙側(cè)不確定性逐步增加,電網(wǎng)的物理特性、運(yùn)行模式、功能形態(tài)正在發(fā)生深刻變化,傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)節(jié)資源的調(diào)度空間與間歇性新能源、新型用電負(fù)荷規(guī)模矛盾日益凸顯,使得有功頻率控制難度加大,電網(wǎng)供需實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡面臨全新的挑戰(zhàn)[1-8]。以西南電網(wǎng)為例:一方面在電源側(cè),新能源蘊(yùn)藏豐富,可開發(fā)容量達(dá)7.03億kW,其大規(guī)模接入帶來的強(qiáng)隨機(jī)、難預(yù)測(cè)、反調(diào)峰等特性使得電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控難度加大;另一方面在負(fù)荷側(cè),以電動(dòng)汽車為代表的柔性負(fù)荷大規(guī)模接入,其充電時(shí)間與空間分布的不確定性,使得電動(dòng)汽車充電負(fù)荷具有較大的隨機(jī)性,進(jìn)一步加大了電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控的難度[9]。

        在我國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)建設(shè)加快推進(jìn)的背景下,負(fù)荷作為電力市場(chǎng)不可忽略的參與者,可以通過參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的交易,將其引入系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰等場(chǎng)景,充分發(fā)揮用戶側(cè)可調(diào)負(fù)荷的柔性調(diào)節(jié)能力,提升電網(wǎng)運(yùn)行平衡和調(diào)節(jié)能力[10-11]。因此,研究可調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù),將負(fù)荷資源納入常態(tài)化的電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行中,參與電網(wǎng)運(yùn)行控制與動(dòng)態(tài)平衡,推動(dòng)調(diào)度模式由傳統(tǒng)的“調(diào)電源”向“調(diào)負(fù)荷”延伸,實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制,對(duì)于保障現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義。

        目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在可調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)控方面的研究取得了一定的成果,主要集中在需求響應(yīng)[12-17]、有序用電[18-19]以及頻率緊急控制[20-22]等領(lǐng)域。文獻(xiàn)[23]在深入分析大用戶負(fù)荷特性和移峰潛力的基礎(chǔ)上,提出了基于代理技術(shù)的大用戶移峰負(fù)荷調(diào)控方法。文獻(xiàn)[24]對(duì)有序用電中的避峰調(diào)控手段進(jìn)行了深入研究,提出了避峰預(yù)案編制的優(yōu)化方法。文獻(xiàn)[25]利用可中斷負(fù)荷,提出了特高壓直流故障下的源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制技術(shù)。文獻(xiàn)[26]通過構(gòu)建調(diào)控機(jī)構(gòu)-聚合商-負(fù)荷資源三級(jí)業(yè)務(wù)體系,實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷資源通過功率連續(xù)調(diào)節(jié)參與全網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化,但控制周期較長(zhǎng),尚不能滿足實(shí)時(shí)調(diào)控需求。綜上所述,現(xiàn)有研究成果為可調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)控提供了思路與技術(shù)實(shí)踐,但主要集中在中長(zhǎng)期、短期、日前調(diào)度范疇,限制了可調(diào)負(fù)荷的應(yīng)用場(chǎng)景和規(guī)模。因此,如何將可調(diào)負(fù)荷納入實(shí)時(shí)調(diào)度范疇,實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)對(duì)可調(diào)負(fù)荷的實(shí)時(shí)感知和秒級(jí)實(shí)時(shí)控制,滿足負(fù)荷資源參與電網(wǎng)調(diào)頻要求,是當(dāng)前負(fù)荷調(diào)度控制領(lǐng)域亟待解決的問題[27]。

        電動(dòng)汽車作為一種移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備,具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)靈活的優(yōu)勢(shì)。聚合后的規(guī)?;妱?dòng)汽車充放電負(fù)荷實(shí)時(shí)可調(diào)節(jié)潛力巨大,具備參與系統(tǒng)頻率調(diào)整的能力[28-30]。為此,本文以電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)調(diào)頻為應(yīng)用場(chǎng)景,依托西南電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)多級(jí)協(xié)同調(diào)控示范工程,研究并提出了可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控的系統(tǒng)架構(gòu),通過構(gòu)建安全接入?yún)^(qū)、研發(fā)多元負(fù)荷調(diào)控終端等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多級(jí)調(diào)度系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷終端的秒級(jí)連續(xù)控制,并在西南、重慶電網(wǎng)開展了工程實(shí)際應(yīng)用,為可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)市場(chǎng)提供可靠技術(shù)支撐。

        1 總體思路

        要實(shí)現(xiàn)可調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)頻,達(dá)到與傳統(tǒng)水電、火電機(jī)組相似的調(diào)頻能力,必須構(gòu)建高效實(shí)時(shí)的技術(shù)支撐系統(tǒng),使可調(diào)負(fù)荷在短時(shí)間尺度做到快速、精確的功率調(diào)節(jié),以秒級(jí)對(duì)電力系統(tǒng)的頻率變化做出快速響應(yīng)。因此,為滿足可調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)頻要求,負(fù)荷調(diào)控技術(shù)支撐系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。

        1) 直采直控。為達(dá)到秒級(jí)響應(yīng)能力,應(yīng)借鑒傳統(tǒng)調(diào)節(jié)資源參與電網(wǎng)調(diào)頻思路,依托先進(jìn)的信息通信技術(shù),按照“直采直控”原則,實(shí)現(xiàn)可調(diào)負(fù)荷的實(shí)時(shí)感知和高效調(diào)控。

        2) 負(fù)荷聚合。可調(diào)負(fù)荷資源一般分布于電網(wǎng)末端配網(wǎng)側(cè),具有電壓等級(jí)低、單體容量小、點(diǎn)多面廣等特點(diǎn),這些分散的單體負(fù)荷資源必須通過聚合達(dá)到一定電力規(guī)模后方能參與電網(wǎng)調(diào)頻。

        3) 安全接入。可調(diào)負(fù)荷資源大多不具備電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)方式的接入條件,需要通過互聯(lián)網(wǎng)與調(diào)度端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,應(yīng)設(shè)置合理的物理隔離區(qū)來阻隔來自終端采集控制網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險(xiǎn),確保與調(diào)度接入網(wǎng)絡(luò)的安全互聯(lián)和數(shù)據(jù)交互。同時(shí)要通過硬加密,如加密卡或縱向加密裝置等方式,滿足信息系統(tǒng)安全防護(hù)等級(jí)要求。

        2 系統(tǒng)架構(gòu)

        可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。該架構(gòu)總體上分為三層,即調(diào)度中心層、負(fù)荷聚合層、負(fù)荷終端層。

        圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

        2.1 調(diào)度中心層

        多級(jí)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同調(diào)控系統(tǒng)基于D5000基礎(chǔ)平臺(tái),構(gòu)建分中心、省調(diào)兩級(jí)負(fù)荷調(diào)度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)功能如圖2所示,包括負(fù)荷實(shí)時(shí)控制和負(fù)荷運(yùn)行管理兩大功能。

        圖2 系統(tǒng)功能

        負(fù)荷實(shí)時(shí)控制功能部署在生產(chǎn)控制大區(qū)I區(qū),包含負(fù)荷資源接入、負(fù)荷控制、市場(chǎng)接口等模塊,實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)度對(duì)可調(diào)負(fù)荷資源實(shí)時(shí)采集、匯聚監(jiān)視和調(diào)節(jié)控制,接收現(xiàn)貨及輔助服務(wù)市場(chǎng)的出清結(jié)果,向負(fù)荷運(yùn)行管理功能提供實(shí)時(shí)及運(yùn)行數(shù)據(jù)。

        負(fù)荷運(yùn)行管理功能部署在管理信息大區(qū)III區(qū),包含負(fù)荷能力評(píng)估、模型管理、信息發(fā)布以及綜合展示等模塊,實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)度間可調(diào)負(fù)荷資源的模型數(shù)據(jù)共享和綜合展示,同時(shí)向負(fù)荷實(shí)時(shí)控制功能提供模型數(shù)據(jù)。

        2.2 負(fù)荷聚合層

        目前可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的聚合主要依靠各類負(fù)荷聚合商平臺(tái)實(shí)現(xiàn),比如電網(wǎng)公司內(nèi)部的智慧能源服務(wù)平臺(tái)、智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以及社會(huì)第三方聚合商運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。但上述平臺(tái)均部署于IV區(qū)或互聯(lián)網(wǎng),與位于I區(qū)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行跨區(qū)數(shù)據(jù)交互和控制指令交互時(shí),存在傳輸環(huán)節(jié)多、交互效率低等問題,就調(diào)節(jié)時(shí)間來說仍然處于分鐘級(jí)別,無法支撐調(diào)頻等快速響應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)景。

        多元負(fù)荷聚合能源路由器支撐可調(diào)負(fù)荷的實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度與控制。對(duì)商業(yè)樓宇、儲(chǔ)能、充電樁和工業(yè)企業(yè)等場(chǎng)景下海量離散負(fù)荷資源進(jìn)行采集和匯聚,下行對(duì)接工業(yè)DCS、樓宇BA系統(tǒng)、儲(chǔ)能PCS系統(tǒng)和多元負(fù)荷調(diào)控終端,兼容多設(shè)備物理接口,支持多協(xié)議接入功能,具備靈活負(fù)荷可調(diào)節(jié)能力評(píng)估功能,對(duì)基值負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè),計(jì)算負(fù)荷可調(diào)節(jié)量上限、下限,并編制負(fù)荷控制預(yù)案,制定負(fù)荷控制策略。

        通過多元負(fù)荷聚合能源控制器,實(shí)現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)不同類型、不同特性的可調(diào)節(jié)單體資源匯集和區(qū)域內(nèi)優(yōu)化控制,對(duì)上響應(yīng)調(diào)度中心層的負(fù)荷控制指令和數(shù)據(jù)獲取需求,解決資源數(shù)量眾多、種類多樣、部分單體容量偏小的問題。

        2.3 負(fù)荷終端層

        多元負(fù)荷調(diào)控終端(圖3)支持多協(xié)議多場(chǎng)景應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)商業(yè)樓宇、儲(chǔ)能、充電樁和工業(yè)企業(yè)不同類型的用能設(shè)備、監(jiān)測(cè)表計(jì)、傳感設(shè)備的互聯(lián)與信息感知,具備能源數(shù)據(jù)采集、處理、儲(chǔ)存、控制的功能。多元負(fù)荷調(diào)控終端采用模組化設(shè)計(jì),實(shí)時(shí)感知電樁運(yùn)行數(shù)據(jù),包括當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前負(fù)荷、可充電時(shí)間、SOC、上調(diào)裕度、下調(diào)裕度等。同時(shí)可實(shí)時(shí)響應(yīng)多元負(fù)荷終端下發(fā)的調(diào)控指令。

        圖3 多元負(fù)荷調(diào)控終端架構(gòu)圖

        多元負(fù)荷調(diào)控終端實(shí)現(xiàn)負(fù)荷“樁控”、“站控”兩種方式,支撐可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)調(diào)頻、調(diào)峰等應(yīng)用需求?!皹犊亍狈绞较?,多元負(fù)荷控制終端透明轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)控指令,充電樁直接響應(yīng)調(diào)度對(duì)充電樁調(diào)控指令;“站控”模式下,多元負(fù)荷控制終端根據(jù)充電樁實(shí)時(shí)感知狀態(tài),將調(diào)控指令分解后選擇本地預(yù)先制定的最優(yōu)策略調(diào)控充電樁充電負(fù)荷。

        3 關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 基于AGC的負(fù)荷調(diào)控策略

        在可調(diào)負(fù)荷參與區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)場(chǎng)景下,負(fù)荷控制的主要技術(shù)路線為基于現(xiàn)有自動(dòng)發(fā)電控制(Automatic Generation Control, AGC)[31]功能,將可調(diào)負(fù)荷納入AGC控制對(duì)象的范疇。針對(duì)負(fù)荷側(cè)可調(diào)資源的控制特性,進(jìn)行控制參數(shù)建模,以多元負(fù)荷聚合能源控制器聚合信息為虛擬功率控制機(jī)組單元。

        針對(duì)西南電網(wǎng)頻率控制的要求,可調(diào)負(fù)荷主要從以下方面參與到電網(wǎng)調(diào)控之中。

        1) 省級(jí)電網(wǎng)有功平衡控制

        除了AGC系統(tǒng)中設(shè)置的主要控制參數(shù)以外,實(shí)時(shí)控制還需要結(jié)合各控制單元實(shí)時(shí)上送的調(diào)節(jié)上限、調(diào)節(jié)下限、荷電狀態(tài)(State of Charge, SOC)等遙測(cè)信號(hào),以及可充電、可放電等遙信信號(hào),使其與常規(guī)AGC機(jī)組共同參與到日常區(qū)域控制偏差(Area Control Error, ACE)的控制中。省級(jí)電網(wǎng)控制區(qū)ACE的計(jì)算方法為

        控制策略設(shè)計(jì)為:當(dāng)電網(wǎng)頻率偏高,區(qū)域控制偏差A(yù)CE處于正向次緊急區(qū)域時(shí),下發(fā)向下調(diào)頻指令,增加可調(diào)負(fù)荷用電功率;當(dāng)電網(wǎng)頻率偏低,ACE處于負(fù)向次緊急區(qū)域時(shí),下發(fā)向上調(diào)頻指令,減少可調(diào)節(jié)負(fù)荷用電功率。然后以調(diào)節(jié)方向、調(diào)節(jié)裕度、調(diào)節(jié)頻次作為分配量化指標(biāo),按優(yōu)先級(jí),將調(diào)頻指令實(shí)時(shí)分配至每個(gè)虛擬功率控制機(jī)組單元(多元負(fù)荷調(diào)控終端),最終由多元負(fù)荷調(diào)控終端完成可調(diào)負(fù)荷功率的閉環(huán)調(diào)節(jié)。

        2) 多級(jí)調(diào)度故障協(xié)同控制

        特高壓/高壓直流、國(guó)調(diào)直調(diào)電廠等西南電力調(diào)度控制分中心(以下簡(jiǎn)稱“西南分中心”)管轄設(shè)備故障后,需要調(diào)用區(qū)域電網(wǎng)所有的可調(diào)資源對(duì)頻率進(jìn)行恢復(fù),發(fā)揮多級(jí)調(diào)度協(xié)同處置能力[32]。

        在分-省兩級(jí)調(diào)度協(xié)同實(shí)現(xiàn)上,西南分中心基于D5000系統(tǒng)的綜合智能告警、輔助決策和AGC功能,通過事件驅(qū)動(dòng)方式,結(jié)合西南電網(wǎng)現(xiàn)有控制措施,根據(jù)綜合智能告警發(fā)出的故障信息驅(qū)動(dòng)故障協(xié)同控制。在實(shí)時(shí)控制層面:首先,通過多級(jí)調(diào)度通信方式以直接調(diào)用省市調(diào)AGC系統(tǒng)中的可調(diào)負(fù)荷;然后,在故障發(fā)生10~15 s修改西南分中心直調(diào)電廠AGC控制模式由跟蹤計(jì)劃(Schedule with off-Regulation, SCHEO)轉(zhuǎn)為調(diào)頻(Automatic basepoint with Regulation, AUTOR);最后,通過動(dòng)態(tài)ACE在故障發(fā)生15~30 s后修改聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃,在省級(jí)電網(wǎng)之間分?jǐn)偣收先鳖~,使得各省級(jí)電網(wǎng)AGC系統(tǒng)承擔(dān)功率缺額。則特定故障發(fā)生后,功率缺額承擔(dān)方式為

        待頻率恢復(fù)后,在計(jì)劃層面逐步修改聯(lián)絡(luò)線、電廠發(fā)電計(jì)劃,釋放AGC調(diào)節(jié)空間。

        3.2 基于實(shí)時(shí)規(guī)約的多級(jí)負(fù)荷信息交互技術(shù)

        1) 跨安全區(qū)的負(fù)荷采集雙向?qū)崟r(shí)交互技術(shù)

        在生產(chǎn)控制大區(qū)外建立安全接入?yún)^(qū),部署正反向物理隔離,直接經(jīng)縱向加密裝置、電信APN網(wǎng)絡(luò)和多元負(fù)荷控制終端建鏈通信。

        下行層面由上層應(yīng)用形成和發(fā)起處置策略,將調(diào)控指令通過消息發(fā)送至后置服務(wù)器,后置服務(wù)器部署104規(guī)約,改造為單向無返回模式,實(shí)現(xiàn)調(diào)控指令直接穿透正向物理隔離到多元負(fù)荷控制終端,形成直控點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式。

        上行層面多元負(fù)荷控制終端實(shí)時(shí)獲取調(diào)節(jié)結(jié)果后,形成標(biāo)準(zhǔn)化文件,落地到前置服務(wù)器,自動(dòng)實(shí)時(shí)掃描,經(jīng)反向物理隔離,再返送至生產(chǎn)控制大區(qū)。生產(chǎn)控制大區(qū)實(shí)時(shí)解析文件后進(jìn)行分析展示處理。

        借助調(diào)控指令的單向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直通傳輸結(jié)構(gòu),利用多元負(fù)荷控制終端內(nèi)部通信模塊的規(guī)約適應(yīng)性,徹底消除跨安全區(qū)的控制指令下發(fā)時(shí)效性瓶頸,真正實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)負(fù)荷調(diào)控直控模式,可以有效支撐調(diào)頻應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

        2) 跨層級(jí)的多級(jí)協(xié)同交互技術(shù)

        基于分省兩級(jí)D5000系統(tǒng)間高速互聯(lián)通信交互機(jī)制,構(gòu)建負(fù)荷模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制指令的多級(jí)協(xié)同互動(dòng)體系,靈活高效支撐源網(wǎng)荷儲(chǔ)體系中的各類應(yīng)用需求場(chǎng)景。

        負(fù)荷模型交互按照“源端維護(hù),多級(jí)共享”的原則,由多元負(fù)荷聚合能源控制器發(fā)起,以文件形式按標(biāo)準(zhǔn)化格式動(dòng)態(tài)上送至省調(diào)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解析和就地存儲(chǔ),同時(shí)經(jīng)省調(diào)三區(qū)以小郵件方式發(fā)送至分中心系統(tǒng)三區(qū),保證分中心層面負(fù)荷模型的感知和解析入庫(kù)。

        實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集上行交互首先由省級(jí)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集本地區(qū)負(fù)荷信息,并通過DL476規(guī)約實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至分中心系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)分省兩級(jí)負(fù)荷實(shí)時(shí)信息共享。

        實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)指令下行交互可由分中心系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)調(diào)頻需求,通過DL476規(guī)約,將功率調(diào)節(jié)量及方向下發(fā)至省調(diào)系統(tǒng),再由省調(diào)系統(tǒng)通過直控模式傳遞至負(fù)荷終端層,實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的快速控制。同時(shí)省調(diào)系統(tǒng)也可根據(jù)自身調(diào)頻需求,下發(fā)控制指令至負(fù)荷終端層。

        3.3 基于物理隔離的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)

        為實(shí)現(xiàn)調(diào)度主站安全I(xiàn)區(qū)前置服務(wù)器與可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源單體的端到端通信數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性的保護(hù)以及各網(wǎng)絡(luò)邊界的通信安全,在調(diào)度安全I(xiàn)區(qū)與安全接入?yún)^(qū)之間部署網(wǎng)絡(luò)安全物理隔離裝置,在安全接入?yún)^(qū)與公網(wǎng)邊界、公網(wǎng)邊界至終端部署相應(yīng)的縱向加密認(rèn)證裝置,具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

        圖4 安全接入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)

        1) 在調(diào)度安全I(xiàn)區(qū)部署兩臺(tái)后置服務(wù)器,均連接至安全I(xiàn)區(qū)的局域網(wǎng)交換機(jī)上,兩臺(tái)后置服務(wù)器實(shí)現(xiàn)冗余互備功能。

        2) 在調(diào)度安全I(xiàn)區(qū)和安全接入?yún)^(qū)之間部署兩臺(tái)正向和兩臺(tái)反向隔離裝置實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余。正向和反向隔離裝置的內(nèi)網(wǎng)側(cè)連接至調(diào)度安全I(xiàn)區(qū)的局域網(wǎng)交換機(jī)上,外網(wǎng)側(cè)分別連接至安全接入?yún)^(qū)兩臺(tái)交換機(jī)上。正向物理隔離用于安全I(xiàn)區(qū)中的后置服務(wù)器的下行通信防護(hù),反向物理隔離用于前置服務(wù)器上行文件信息的通信防護(hù)。

        3) 在安全接入?yún)^(qū)中部署兩臺(tái)交換機(jī),實(shí)現(xiàn)冗余互備功能,部署兩臺(tái)前置服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)雙機(jī)。

        4) 多元負(fù)荷聚合能源路由器對(duì)上借助電信公網(wǎng)APN與安全接入?yún)^(qū)相連。在安全接入?yún)^(qū)邊界處部署千兆縱向加密認(rèn)證裝置,在多元負(fù)荷調(diào)控終端發(fā)送側(cè)部署微型縱向加密裝置,通過兩側(cè)加密裝置的配對(duì)使用,實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)在無線公網(wǎng)中傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)加解密。

        4 工程驗(yàn)證

        4.1 總體情況

        基于本文研究成果,試點(diǎn)開展了西南電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)多級(jí)協(xié)同調(diào)控示范工程建設(shè),完成可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控技術(shù)支撐系統(tǒng)部署和整體聯(lián)調(diào)測(cè)試。截止目前,依托本文所述的直控技術(shù)路線,完成重慶民心佳園和空港2座充電站、4個(gè)充電樁直采信息接入和閉環(huán)聯(lián)調(diào),試驗(yàn)結(jié)果如表1和表2所示。

        表1 負(fù)荷降功率控制試驗(yàn)結(jié)果

        表2 負(fù)荷升功率控制試驗(yàn)結(jié)果

        試驗(yàn)結(jié)果表明,電動(dòng)汽車參與區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻降負(fù)荷平均響應(yīng)時(shí)間為23.5 s,增減負(fù)荷平均響應(yīng)時(shí)間為49.8 s。

        4.2 典型案例分析

        以2020年12月2日空港充電站參與西南電網(wǎng)調(diào)頻試驗(yàn)為例,詳細(xì)分析負(fù)荷控制效果,如圖5所示??崭鄢潆娬境跏汲潆姽β?9.96 kW,15:33:14西南分中心下發(fā)調(diào)頻指令,目標(biāo)功率為10 kW,調(diào)節(jié)量為29.96 kW;15:33:26多元負(fù)荷調(diào)控終端接收到調(diào)度指令,并通過指令分解下發(fā)至受控充電樁;15:33:31充電樁開始響應(yīng)調(diào)度指令,15:33:32完成充電負(fù)荷功率調(diào)節(jié),下調(diào)至9.86 kW。全過程閉環(huán)控制總耗時(shí)18 s,其中指令傳輸耗時(shí)17 s,指令執(zhí)行耗時(shí)1 s,調(diào)節(jié)速率29.96 kW/s,調(diào)節(jié)精度99.53%。

        圖5 全過程閉環(huán)控制響應(yīng)時(shí)間

        由此表明,依托本文所述的負(fù)荷直采直控技術(shù),實(shí)現(xiàn)了調(diào)度系統(tǒng)對(duì)可調(diào)負(fù)荷的實(shí)時(shí)感知和秒級(jí)連續(xù)閉環(huán)控制,達(dá)到了傳統(tǒng)機(jī)組相似的二次調(diào)頻能力。

        4.3 與非直控技術(shù)的控制效果對(duì)比分析

        選取重慶地區(qū)的金康充電站開展非直控驗(yàn)證,即通過負(fù)荷實(shí)時(shí)控制功能,將控制指令穿過安全I(xiàn)區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)到負(fù)荷聚合商平臺(tái),由負(fù)荷聚合商平臺(tái)再將指令通過互聯(lián)網(wǎng)方式分解至充電樁。兩種控制技術(shù)的控制效果對(duì)比分析如表3所示。

        試驗(yàn)對(duì)比分析說明,本文所采用的直控技術(shù)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的非直控技術(shù),將可調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度由分鐘級(jí)提升至秒級(jí),有效拓展了負(fù)荷參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的應(yīng)用場(chǎng)景。

        表3 直控與非直控技術(shù)的控制效果對(duì)比分析

        5 結(jié)論

        本文以電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)調(diào)頻為應(yīng)用場(chǎng)景,提出了可調(diào)負(fù)荷參與多級(jí)電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控的系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù),并通過示范工程實(shí)踐,對(duì)比驗(yàn)證了本文所提直控技術(shù)路線的有效性和優(yōu)越性。

        目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于負(fù)荷調(diào)度控制領(lǐng)域相關(guān)研究仍處于起步階段,要真正意義上實(shí)現(xiàn)大規(guī)??烧{(diào)負(fù)荷常態(tài)化參與電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控,還需要從技術(shù)支撐和市場(chǎng)機(jī)制兩個(gè)方面開展深化研究。

        1)?在技術(shù)支撐方面,完善多元負(fù)荷調(diào)控終端功能,攻克海量負(fù)荷匯集接入、可調(diào)能力預(yù)測(cè)評(píng)估、調(diào)度指令優(yōu)化分解等關(guān)鍵技術(shù),支撐海量負(fù)荷分層分區(qū)聚合接入和靈活控制;探索多元負(fù)荷調(diào)控終端高效穿透正、反向隔離裝置數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),進(jìn)一步提升可調(diào)負(fù)荷與電網(wǎng)實(shí)時(shí)互動(dòng)效率,切實(shí)為海量負(fù)荷參與電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控提供可靠技術(shù)支撐。

        2)?在市場(chǎng)機(jī)制方面,目前可調(diào)負(fù)荷資源參與市場(chǎng)化運(yùn)行的機(jī)制還不完善,主要依靠政府、電網(wǎng)公司補(bǔ)貼。下一步亟需從價(jià)格機(jī)制、獎(jiǎng)懲機(jī)制等方面研究可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式與市場(chǎng)機(jī)制,通過市場(chǎng)化方式引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)資源積極參與電網(wǎng)調(diào)節(jié),支撐可調(diào)負(fù)荷應(yīng)用常態(tài)化、規(guī)模化發(fā)展。

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        Adjustable load participating in real-time dispatching and control of a multi-lever power grid: key technology and engineering application

        LAN Qiang1, ZHOU Yuqing2, QIU Yanjun3, LIU Yongchun3, LUO Weihua1, TAN Chao3

        (1. Southwest Branch of State Grid Corporation of China, Chengdu 610041, China; 2. State Grid Chongqing Electric Power Company, Chongqing 400014, China; 3. NARI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute), Nanjing 211106, China)

        With the rapid development of renewable energy and new-type electrical load, the uncertainty of both sides on the source and load increases. This brings more challenges to the power grid peaking regulation and frequency control. Therefore, it is important and urgent to bring adjustable load into the real-time dispatching area to improve the operational balance and regulation capacity of the power grid. First, the feasibility of taking the adjustable load as the control object of automatic generation control (AGC) is analyzed. Then, taking electric vehicles into power grid frequency control as the application scenario, the system architecture of adjustable load participating in multi-level power grid real-time regulation is proposed. Through the construction of a security access area, the application of multiple load regulation terminals and other key technologies, real-time perception and adjustable load second-level control by a multi-level dispatching center are introduced. This increases the response speed of load participating in the power grid regulation from the minute to second level. The effectiveness and superiority of the proposed technical route are verified through a demonstration project of source-grid-load-storage multi-level coordinated dispatching and control in the Southwest China Power Grid. Finally, further research directions and development suggestions are put forward for the large-scale adjustable load normally participating in the real-time dispatching and control of the power grid.

        This work is supported by the Science and Technology Project of State Grid Corporation of China (No. 5400- 202027212A-0-0-00).

        adjustable load; electric vehicle; multiple load control terminal; frequency control; safe access area

        10.19783/j.cnki.pspc.210747

        國(guó)家電網(wǎng)有限公司科技項(xiàng)目資助(5400- 202027212A-0-0-00)

        2021-06-24;

        2021-10-15

        蘭 強(qiáng)(1985—),男,通信作者,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)自動(dòng)控制、負(fù)荷調(diào)度控制;E-mail: 286413646@qq.com

        周宇晴(1988—),男,本科,主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、配網(wǎng)自動(dòng)化;E-mail: 76294029@qq.com

        邱燕軍(1979—),男,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。E-mail: 472522841@qq.com

        (編輯 葛艷娜)

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