陳曉英，樓繼開，邱亞鳴，胡靜，陸裔晨，岑垚，雷頂

（1.上海漕涇熱電有限責(zé)任公司，上海 201507； 2.上海明華電力科技有限公司，上海 200090）

0 引言

隨著我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，電力輔助服務(wù)市場中的市場主體類型正在不斷發(fā)展［1-3］。新型電力系統(tǒng)建設(shè)將傳統(tǒng)單一的發(fā)電側(cè)并網(wǎng)主體逐漸擴(kuò)充為包括發(fā)電側(cè)、可調(diào)節(jié)負(fù)荷和新型儲能等多種共存的并網(wǎng)主體。在這些主體中，可調(diào)節(jié)負(fù)荷參與電力市場輔助服務(wù)的行為具有開創(chuàng)性意義，意味著傳統(tǒng)“源隨荷動”的模式將被“源荷互動協(xié)同”的新模式取代［4-6］，對電力市場的發(fā)展和電網(wǎng)運(yùn)行方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。目前，我國已有超過10個?。ㄊ校╆懤m(xù)發(fā)布相關(guān)交易規(guī)則，并開始進(jìn)行模擬試運(yùn)行，以激發(fā)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源主動參與提供電力市場輔助服務(wù)的積極性［7-9］。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)其作為穩(wěn)定電網(wǎng)調(diào)節(jié)資源并提供輔助服務(wù)的重要基礎(chǔ)［10-12］。然而，當(dāng)前不同類型可調(diào)節(jié)負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)的自動化水平差異較大。2022 年5 月發(fā)布的DL/T 2473.3—2022《可調(diào)節(jié)負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范 第3 部分：負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)》對相應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)提出了一系列要求［13］，某些特定類型的可調(diào)節(jié)負(fù)荷仍存在實(shí)際技術(shù)問題，有待進(jìn)一步研究。

當(dāng)前，以負(fù)荷聚合商、虛擬電廠和電動汽車平臺為代表的可調(diào)節(jié)負(fù)荷呈現(xiàn)出顯著的集群調(diào)節(jié)潛力［14-16］。其中負(fù)荷聚合商整合了傳統(tǒng)可調(diào)負(fù)荷、分布式發(fā)電、儲能設(shè)備等需求側(cè)資源，是中小型用戶參與電力輔助服務(wù)市場的重要載體［17-18］。文獻(xiàn)［19］對負(fù)荷聚合商需求響應(yīng)管控平臺進(jìn)行了開發(fā)與應(yīng)用，建立對代理用戶進(jìn)行負(fù)荷監(jiān)測、控制的手段；文獻(xiàn)［20］建立了面向控制的聚合變頻空調(diào)負(fù)荷模型，并設(shè)計了基于反推控制的聚合變頻空調(diào)功率跟蹤控制算法；文獻(xiàn)［21］構(gòu)建了基于電采暖負(fù)荷聚合商的分層協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)，將電采暖負(fù)荷納入系統(tǒng)調(diào)度中，構(gòu)建了電采暖負(fù)荷參與平抑風(fēng)電波動的調(diào)度模型；文獻(xiàn)［18］將電能儲存裝置與電動汽車儲能技術(shù)應(yīng)用于負(fù)荷聚合商日前市場運(yùn)營，提出了考慮儲能裝置的負(fù)荷聚合商日前市場運(yùn)營策略；文獻(xiàn)［17］分析了光伏功率預(yù)測精度對負(fù)荷聚合商日前投標(biāo)價格的影響；文獻(xiàn)［22］提出基于可控裕度指標(biāo)的柔性負(fù)荷狀態(tài)序列控制方法，解決了異構(gòu)負(fù)荷的協(xié)同控制問題。

目前，負(fù)荷聚合商參與電力輔助服務(wù)市場的研究主要集中在組成架構(gòu)、調(diào)度策略、協(xié)同控制策略、綜合管控平臺和市場運(yùn)營策略等方面［23］。而如何在底層控制系統(tǒng)層面構(gòu)建高效的負(fù)荷聚合商控制系統(tǒng)，從而提高其自動功率控制（Automatic Power Control，APC）輔助服務(wù)性能的不足，仍是需要解決的問題。因此，本文基于對APC 輔助服務(wù)控制要求的分析理解，研究一種光儲協(xié)同綜合智慧能源負(fù)荷聚合商控制系統(tǒng)的構(gòu)建方式，實(shí)現(xiàn)APC 指令高性能全自動執(zhí)行。該控制系統(tǒng)能夠有效減少APC 響應(yīng)過程中的人為干預(yù)，提高APC 響應(yīng)性能，為類似的園區(qū)型綜合智慧能源站參與APC 輔助服務(wù)提供參考。

1 光儲協(xié)同綜合智慧能源站

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文的光儲協(xié)同綜合智慧能源站位于某化學(xué)工業(yè)區(qū)的化工新材料創(chuàng)新基地。能源站基于園區(qū)內(nèi)熱電廠蒸汽冷凝熱水余熱梯級利用和光伏發(fā)電，向園區(qū)提供低價、高質(zhì)的冷/熱能、有功備用、無功支撐，以打造低碳節(jié)能的綠色生態(tài)園區(qū)。

同時，作為整個園區(qū)大體量冷、熱能的供應(yīng)樞紐，能源站通過控制站內(nèi)制冷設(shè)備的運(yùn)行方式及電儲能充放功率，可以對空調(diào)負(fù)荷、分布式發(fā)電和儲能設(shè)備等需求側(cè)資源進(jìn)行深度整合，具有較強(qiáng)的電力輔助服務(wù)市場APC響應(yīng)潛力。

1.2 系統(tǒng)配置

該光儲協(xié)同綜合智慧能源站（如圖1所示）配置有光伏設(shè)備、2 套磷酸鐵鋰電池、1 套熱水型溴化鋰制冷機(jī)組、2套離心式冷水機(jī)組、1套水-水熱交換設(shè)備、2套汽-水熱交換設(shè)備、1套容量蓄能水罐等多種需求側(cè)資源。相比于園區(qū)的用電負(fù)荷，能源站光伏容量和電儲能容量都較小。因此，能源站電力供應(yīng)依賴直接接入創(chuàng)新中心配電站的10 kV母線，如圖2所示。能源站的母線采用分段母線方式，正常運(yùn)行情況下與科創(chuàng)基地企業(yè)用戶母線各自通過10 kV/400 V 配電變壓器接入不同段的10 kV 母線中，同時，儲能、光伏及能源站的制冷/制熱設(shè)備均接入能源站交流母線，進(jìn)而構(gòu)成了一個電力微網(wǎng)。

圖1 光儲協(xié)同綜合智慧能源能流Fig.1 Energy flows of the integrated intelligent energy system with photovoltaic and energy storage units

圖2 園區(qū)電力系統(tǒng)接入示意Fig.2 Layout of the power system for the park

光伏發(fā)電可供能源站內(nèi)部自用，也可向園區(qū)、甚至電網(wǎng)供電。電儲能設(shè)備和能源站母線可進(jìn)行雙向電力交互，運(yùn)行方式靈活，可以快速調(diào)節(jié)園區(qū)內(nèi)的電力生產(chǎn)和供應(yīng)。園區(qū)供熱分別通過汽-水板式換熱器、水-水板式換熱器與供熱蒸汽、蒸汽回凝水實(shí)現(xiàn)換熱，園區(qū)供冷既可用熱水型溴化鋰機(jī)組對蒸汽回凝水進(jìn)行梯級利用獲取，也可直接由離心式冷機(jī)電制冷完成，大容量的水蓄能裝置為光儲協(xié)同綜合智慧能源站參與電力市場APC 輔助服務(wù)提供了保障，能源站進(jìn)行APC 響應(yīng)時，能夠維持對外供冷、供熱的穩(wěn)定。

2 電力市場APC控制要求

APC 已被多個地區(qū)納入有償輔助服務(wù)。與傳統(tǒng)的自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control，AGC）相比，APC特指針對負(fù)荷側(cè)聚合商平臺接入的可調(diào)節(jié)負(fù)荷下達(dá)實(shí)時調(diào)節(jié)指令。

作為新的并網(wǎng)主體，負(fù)荷聚合商參與APC 既能獲得補(bǔ)償，也面臨著考核。以2022年華東地區(qū)發(fā)布的模擬試運(yùn)行版“兩個細(xì)則”（《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》和《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》）為例，研究分析負(fù)荷聚合商參與APC 的考核要求和補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。光儲協(xié)同綜合智慧能源站作為負(fù)荷聚合商參與APC，對能源站控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、通信、控制設(shè)備范圍、協(xié)同控制自動化程度、調(diào)節(jié)控制正確性與精度等均提出了較高要求，見表1。

表1 對參與APC負(fù)荷聚合商控制系統(tǒng)的要求Table 1 Requirements for control system of load aggregators participating in APC

基于上述考核條目，為降低考核費(fèi)用，應(yīng)確保能源站控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集正確、與調(diào)度控制主站通信正常、具備快速且準(zhǔn)確協(xié)調(diào)需求側(cè)資源響應(yīng)APC調(diào)節(jié)指令的功能，避免出現(xiàn)功率過調(diào)與反調(diào)，將APC響應(yīng)整體時間控制在10 s內(nèi)，保障能源站安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行；為增加補(bǔ)償收入，應(yīng)盡可能多地將需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源納入控制系統(tǒng)，提高能源站的可調(diào)節(jié)容量，并通過合理的協(xié)同控制，提高響應(yīng)頻次，增加單次APC響應(yīng)里程。

3 參與APC的綜合智慧能源控制系統(tǒng)設(shè)計

本文在分析APC 需求的基礎(chǔ)上，提出了綜合智慧能源控制系統(tǒng)參與APC 輔助服務(wù)應(yīng)具備的基本條件，并設(shè)計了完整的控制系統(tǒng)架構(gòu)。

3.1 基礎(chǔ)條件

為了使綜合智慧能源站更有效地參與APC 輔助服務(wù)響應(yīng)，進(jìn)一步增加APC 補(bǔ)償收入的潛能，對負(fù)荷設(shè)備自動化控制、平臺間實(shí)時雙向通信以及能量表計合理布置等關(guān)鍵技術(shù)要素進(jìn)行設(shè)計。

3.1.1 負(fù)荷設(shè)備自動化控制

綜合智慧能源站內(nèi)設(shè)備的遠(yuǎn)程操縱功能是其參與APC 的重要基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)提高可調(diào)節(jié)負(fù)荷容量，增加基本補(bǔ)償費(fèi)用，需要將制能、儲能、供能等子系統(tǒng)在切換、啟停順控中涉及的所有閥門、水泵、主機(jī)、電氣開關(guān)、儲能變流器（Power Conversion System，PCS）等設(shè)備納入控制系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）應(yīng)配備可靠的高性能控制器和工作站，并提供通用通信接口，以便與第三方負(fù)荷預(yù)測、響應(yīng)策略尋優(yōu)等應(yīng)用模塊交互。

3.1.2 能量表計布置合理

為分析APC 響應(yīng)過程中綜合智慧能源站的響應(yīng)情況，需要對能源站內(nèi)部各子系統(tǒng)以及能源站外部各地塊用戶的用電、用能數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和統(tǒng)計。這涉及能量表計的布置和精確計量，以建立可靠的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以更深入地了解綜合智慧能源站在APC 負(fù)荷響應(yīng)過程中的情況，從而進(jìn)一步優(yōu)化能源站的運(yùn)行。

3.1.3 平臺間實(shí)時雙向通信

綜合智慧能源站參與APC 控制需要能源站控制系統(tǒng)與負(fù)荷聚合商平臺間、負(fù)荷聚合商平臺與調(diào)度主站間的雙向、可靠、實(shí)時通信。這種雙向通信可以確?？刂葡到y(tǒng)準(zhǔn)確、及時地接收APC 負(fù)荷控制指令并將可調(diào)節(jié)容量、APC 響應(yīng)數(shù)據(jù)上傳給聚合商平臺，完成調(diào)度主站對綜合智慧能源站的考核補(bǔ)償費(fèi)用計算。為實(shí)現(xiàn)這種通信，需要建立可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交互機(jī)制，保障信息安全。

3.2 控制系統(tǒng)基本架構(gòu)

在滿足基本條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)APC 的需求，提出了綜合智慧能源站“多尺度負(fù)荷預(yù)測-響應(yīng)策略尋優(yōu)-底層協(xié)同控制”3 層控制系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動、高效、經(jīng)濟(jì)的APC 響應(yīng)。（1）多時間尺度的負(fù)荷預(yù)測是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性響應(yīng)的前提，利用歷史和實(shí)時數(shù)據(jù)，在不同時間尺度上預(yù)測未來負(fù)荷，以支持控制系統(tǒng)對可調(diào)節(jié)負(fù)荷容量進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)配。（2）APC 響應(yīng)策略的自動尋優(yōu)是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性響應(yīng)的核心，通過實(shí)時調(diào)整負(fù)荷響應(yīng)適應(yīng)電力供需情況，在保證APC輔助服務(wù)響應(yīng)的前提下，將經(jīng)濟(jì)效益最大化。（3）底層協(xié)同控制是APC 響應(yīng)全程自動執(zhí)行及其響應(yīng)速度和精度的保障。通過3 層的控制系統(tǒng)架構(gòu)，綜合智慧能源站能夠更好地參與APC 控制，并實(shí)現(xiàn)更高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

3.2.1 多尺度負(fù)荷預(yù)測

為響應(yīng)不同時間提前量的APC 調(diào)度指令，建立能源站多時間尺度的用能預(yù)測模型?；诖髷?shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，建立適用于日前短期和日內(nèi)超短期的能源站用戶側(cè)冷/熱水用能和用電預(yù)測模型。模型可以準(zhǔn)確預(yù)測能源站用戶側(cè)的用能需求，為能源站的運(yùn)行管理和調(diào)度提供重要參考，有助于提高能源站的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。

此外，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立含供能管網(wǎng)和水槽的供用能系統(tǒng)的多能供需平衡時間特性模型，并按照設(shè)備類別（如內(nèi)燃機(jī)、溴化鋰、冷凍機(jī)等）建立相應(yīng)的供能設(shè)備能效模型和用能響應(yīng)特性模型，為能源站的用能調(diào)度響應(yīng)提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

3.2.1.1 冷、熱負(fù)荷分析

園區(qū)內(nèi)空調(diào)供冷/熱系統(tǒng)總體分為2 期建設(shè)，目前整體處于第1 期。隨著新用戶的不斷接入，供能負(fù)荷呈現(xiàn)出較為明顯的階梯性特征。此外，不同類型建筑的用能習(xí)慣也存在較大差異，綜合智慧能源站的負(fù)荷預(yù)測應(yīng)綜合供能面積和建筑類型開展。除酒店有全天用能需求外，其余用戶上下班時段的用能負(fù)荷存在明顯差異，休息日用能負(fù)荷與工作日下班后基本相同。此外，所有地塊均存在冬季防寒防凍的最小供熱需求。

根據(jù)測算結(jié)果，能源站第1 期用戶的冷負(fù)荷最大值可達(dá)9 200 kW，熱負(fù)荷可達(dá)6 200 kW（如圖3所示）；第2 期用戶的冷負(fù)荷最大值較第1 期約增加1 524 kW，熱負(fù)荷約增加1 182 kW。

圖3 第1期用戶典型日逐時冷、熱負(fù)荷Fig.3 Hourly cold and hot loads of users at phase I on a typical day

3.2.1.2 電負(fù)荷分析

園區(qū)不同季節(jié)工作日與節(jié)假日的電力需求測算結(jié)果如圖4 所示。工作日用電功率變化幅度較大，節(jié)假日用電負(fù)荷相對穩(wěn)定。創(chuàng)新中心供冷季、供熱季和過渡季的工作日最大用電負(fù)荷分別約為1 500，1 200，1 000 kW；而節(jié)假日最大用電負(fù)荷則分別約為900，700，450 kW。園區(qū)用電高峰時段通常出現(xiàn)在工作日08：00 —19：00；由于夏季用冷需求較大，電價谷時段（22：00 —次日06：00）是園區(qū)的另一個用電高峰，期間能源站內(nèi)制冷機(jī)組用電功率較高。

圖4 各季節(jié)工作日與節(jié)假日電力需求Fig.4 Electricity demands on workdays and holidays in different seasons

3.2.1.3 光伏功率分析

本項(xiàng)目能源站建設(shè)有314 kW 容量的光伏。根據(jù)PVsyst 模擬計算，全年最好條件下的光伏出力功率為243 kW，可達(dá)裝機(jī)容量的77.39%，夏季光伏發(fā)電效率最高，逐月的最大光伏出力如圖5所示。

圖5 逐月光伏最大出力特性Fig.5 Maximum monthly outputs of the photovoltaic system

根據(jù)電網(wǎng)公司管理要求，園區(qū)10 kV 母線上網(wǎng)功率上限值為光伏裝機(jī)容量。根據(jù)能源站與基地企業(yè)用戶達(dá)成的協(xié)議，在電力微網(wǎng)內(nèi)，能源站可按照電網(wǎng)價格的9 折向基地企業(yè)出售電能，并按月結(jié)算。

3.2.2 APC響應(yīng)策略尋優(yōu)

為滿足不同緊急程度的用戶負(fù)荷調(diào)度需求，制定能源站日前、日內(nèi)APC 經(jīng)濟(jì)響應(yīng)策略?；贏PC調(diào)度指令和能源站的用電、供能多時間尺度預(yù)測結(jié)果，結(jié)合設(shè)備能效模型與管網(wǎng)供需平衡時間特性，以能源站單日經(jīng)濟(jì)性最佳為目標(biāo)函數(shù)，采用高級智能算法進(jìn)行APC 響應(yīng)策略的尋優(yōu)計算，制定能源站可執(zhí)行的APC 響應(yīng)計劃，以及相應(yīng)的制能、供能設(shè)備運(yùn)行策略?？紤]到制冷設(shè)備的啟、停過程時長通常在20 min 以上，響應(yīng)策略的時間間隔設(shè)置宜不小于30 min。

在日內(nèi)響應(yīng)策略方面，根據(jù)能源站內(nèi)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行方式和超短期用能負(fù)荷預(yù)測，以動態(tài)能量平衡為約束，結(jié)合冷熱的慢響應(yīng)特性和電的快響應(yīng)特性，滾動計算未來2 h（即4 個間隔）APC 可響應(yīng)的最大負(fù)荷。同時，根據(jù)各供能子系統(tǒng)的能效模型，對可響應(yīng)APC 的設(shè)備進(jìn)行優(yōu)先級排序，以確保能源站在響應(yīng)APC負(fù)荷需求時能效水平更優(yōu)。

在APC 響應(yīng)結(jié)束后，以盡快恢復(fù)已利用的冷熱用戶蓄能為目標(biāo)，制定供能系統(tǒng)的恢復(fù)控制策略，以使供用能系統(tǒng)建立新的實(shí)時能量平衡。通過多時間尺度的APC 經(jīng)濟(jì)響應(yīng)策略，能源站能夠更加高效地運(yùn)行，并提高經(jīng)濟(jì)性和智能化水平。

3.2.3 底層協(xié)同控制

當(dāng)能源站接收到APC 指令時，為實(shí)現(xiàn)內(nèi)部設(shè)備實(shí)時響應(yīng)的控制需求，能源站應(yīng)具備以下底層協(xié)同控制功能。

（1）系統(tǒng)運(yùn)行工況切換及設(shè)備啟停的順序控制。該過程相關(guān)設(shè)備包括制能系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、供能系統(tǒng)的冷媒水泵一次泵、冷卻水泵、一次泵出口閥、冷卻水泵出口閥、冷卻塔風(fēng)機(jī)及進(jìn)水門、板換閥門及輸送泵、二次泵、PCS等。

（2）不同系統(tǒng)間順序控制的相互調(diào)用，例如，制冷系統(tǒng)啟停順控中調(diào)用冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)啟停順序控制等。

（3）根據(jù)調(diào)節(jié)目標(biāo)，系統(tǒng)內(nèi)母管制設(shè)備運(yùn)行臺數(shù)和控制參數(shù)可進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，例如，根據(jù)冷卻塔出水溫度設(shè)定值，冷卻塔風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)自動增減運(yùn)行風(fēng)機(jī)數(shù)量，自動調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)速擋位等。

（4）二次泵用戶負(fù)荷變化的自動匹配。該功能根據(jù)最不利壓差設(shè)定值，自動增減運(yùn)行臺數(shù)，自動調(diào)整二次泵頻率。

（5）順序控制的定時調(diào)用。按照APC 響應(yīng)計劃時間進(jìn)行定時自動啟停，例如：到次日09：00自動執(zhí)行制、供能系統(tǒng)的工況切換與啟停。

（6）光伏與電儲能充放電功率的協(xié)同控制，使電儲能的充放功率與光伏實(shí)發(fā)功率相匹配，精確控制出線功率，避免出現(xiàn)非預(yù)期的逆功率。

上述協(xié)同控制功能可以更加高效地控制內(nèi)部設(shè)備，滿足APC 的負(fù)荷需求，縮短APC 服務(wù)的響應(yīng)時間。

4 應(yīng)用案例分析

本文以前述科創(chuàng)基地光儲協(xié)同綜合智慧能源站為應(yīng)用案例，設(shè)計控制架構(gòu)，制定控制系統(tǒng)部署方案，并設(shè)計了APC 指令交互、負(fù)荷預(yù)測、響應(yīng)策略計算、底層協(xié)同控制（以光儲協(xié)同、二次泵控制為例）的監(jiān)控畫面。

4.1 控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

構(gòu)建以能效模型及其優(yōu)化調(diào)度為核心、光伏功率和用戶站用能負(fù)荷預(yù)測為基礎(chǔ)、底層源側(cè)控制指令為結(jié)果的完整綜合智慧能源APC 輔助服務(wù)控制系統(tǒng)（如圖6 所示），全自動無縫執(zhí)行能源站總體經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)（或綜合目標(biāo)最優(yōu)）的APC響應(yīng)策略。

圖6 綜合智慧能源站APC輔助服務(wù)控制系統(tǒng)架構(gòu)Fig.6 Architecture of the APC auxiliary service control system in the integrated intelligent energy station

作為綜合智慧能源站協(xié)同控制技術(shù)體系融合的關(guān)鍵橋梁，能效模型及優(yōu)化調(diào)度需向上接收光伏、用戶負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，向下發(fā)送具體調(diào)度指令供源側(cè)底層協(xié)同控制系統(tǒng)執(zhí)行。根據(jù)光儲協(xié)同綜合智慧能源站APC 輔助服務(wù)全自動運(yùn)行的要求，規(guī)劃了能效模型及優(yōu)化調(diào)度的數(shù)據(jù)需求與接口關(guān)系。

在輸入階段，按照更新周期的長短，依次規(guī)劃了設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、計算顆粒度、經(jīng)濟(jì)性參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)等4 類數(shù)據(jù)。（1）設(shè)備運(yùn)行參數(shù)包括設(shè)備額定功率、功率限制、功率變化速率限制、單位制能非用電成本、單位制能耗電量、啟停機(jī)時長、折舊維護(hù)費(fèi)用等，主要取決于設(shè)備本身且基本與投產(chǎn)前性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)保持一直，更新周期較長。（2）根據(jù)設(shè)備調(diào)節(jié)能力及調(diào)度優(yōu)化敏感性需求，設(shè)置合適的調(diào)度計算結(jié)果顆粒度，以確定調(diào)度指令的刷新間隔時長。負(fù)荷預(yù)測值的顆粒度應(yīng)不低于優(yōu)化調(diào)度計算結(jié)果。暖通設(shè)備的最小運(yùn)行時長約為30 min，遠(yuǎn)大于電儲能裝置的調(diào)節(jié)時間，綜合能源站系統(tǒng)整體優(yōu)化調(diào)度計算采用60 min 作為計算顆粒度較為合適。（3）購/售能源價格是影響調(diào)度計算結(jié)果的重要經(jīng)濟(jì)性參數(shù)，需要根據(jù)市場變化及時更新。（4）在調(diào)度計算程序執(zhí)行前，需對能源站工藝系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢查，確認(rèn)實(shí)際可運(yùn)行系統(tǒng)數(shù)量及前一日蓄能水罐、儲能電池儲能余量，結(jié)合日前預(yù)測值參與當(dāng)日調(diào)度策略的計算。

根據(jù)輸入階段確立的邊界條件，建立線性等式、線性不等式及非線性約束條件，構(gòu)建以供能成本和啟停機(jī)懲罰費(fèi)用最小為目標(biāo)的混合整數(shù)二次規(guī)劃模型，采用智能算法、分支定界、割平面等方法進(jìn)行尋優(yōu)計算。假設(shè)機(jī)組啟停過程平均功率為30%額定功率，穩(wěn)定運(yùn)行功率為額定功率，等式約束包括能量供需實(shí)時平衡、儲能裝置剩余能量約束；線性不等式約束包括實(shí)際可運(yùn)行系統(tǒng)數(shù)量范圍、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行制能功率范圍、儲能裝置容量范圍、調(diào)節(jié)速率范圍、啟停機(jī)次數(shù)；非線性約束包括母管制系統(tǒng)不能同時制冷制熱、蓄能水罐不能同時蓄冷蓄熱、儲能裝置不考慮邊充邊放。

尋優(yōu)計算結(jié)果為所有制能設(shè)備的啟/停機(jī)時間段計劃和儲能設(shè)備各個時間段的蓄/釋能功率，根據(jù)尋優(yōu)計算結(jié)果直接制定APC 輔助服務(wù)響應(yīng)策略，指導(dǎo)能源站的制能與供能。在運(yùn)行人員授權(quán)后，該運(yùn)行策略可以形成具體控制指令下發(fā)給控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行。此外，可以基于優(yōu)化運(yùn)行策略對運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行自動統(tǒng)計，向運(yùn)維人員提供直觀的數(shù)據(jù)分析。

4.2 控制系統(tǒng)部署方案

考慮光儲聯(lián)動的園區(qū)型綜合智慧能源站全自動協(xié)同控制系統(tǒng)的部署如圖7所示。綜合智慧能源管控系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成負(fù)荷預(yù)測和優(yōu)化調(diào)度計算，可采用exe 軟件格式直接安裝在用于過程控制的對象鏈接和嵌入標(biāo)準(zhǔn)（Object Linking and Embedding for Process Control，OPC）服務(wù)器上運(yùn)行，通過內(nèi)部OPC通信完成管控系統(tǒng)與上位機(jī)控制軟件的數(shù)據(jù)通信，上傳系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)邊界數(shù)據(jù)，下發(fā)調(diào)度運(yùn)行指令。OPC 服務(wù)器與控制器通過以太網(wǎng)通信，收集系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)邊界數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)下達(dá)調(diào)度運(yùn)行指令。底層控制器接收調(diào)度運(yùn)行指令，自動執(zhí)行工況切換、啟停機(jī)操作、模擬量控制，上傳系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)。

圖7 綜合智慧能源站APC輔助服務(wù)工作流程Fig.7 Deployment of the APC auxiliary service system for the integrated intelligent energy station

4.3 典型系統(tǒng)監(jiān)控畫面

能源站APC 虛擬調(diào)度平臺可與調(diào)度主站進(jìn)行雙向通信，接收APC 的定時投退指令與負(fù)荷調(diào)節(jié)指令，上傳站內(nèi)可響應(yīng)APC 輔助服務(wù)的用電、供電雙向容量信息及其相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，APC 虛擬調(diào)度平臺界面如圖8所示。

圖8 綜合智慧能源站APC虛擬調(diào)度界面（截圖）Fig.8 APC virtual scheduling interface of the integrated smart energy station（screenshot）

針對能源站運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)不充足的情況，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)及歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，采用灰色預(yù)測算法，完成光伏、用冷/熱、用電的負(fù)荷預(yù)測，預(yù)測負(fù)荷的監(jiān)控畫面如圖9所示。

圖9 負(fù)荷預(yù)測監(jiān)控畫面（截圖）Fig.9 Monitoring screen of load forecasting（screenshot）

構(gòu)建光儲系統(tǒng)控制系統(tǒng)，完成400 V 母線、10 kV母線的逆功率精確控制，調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控畫面如圖10所示。

圖10 光儲協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控畫面（截圖）Fig.10 Monitoring screen of the photovoltaic and energy storage collaborative scheduling system（screenshot）

基于能效模型及優(yōu)化調(diào)度算法，實(shí)行2 h 實(shí)時滾動計算APC 經(jīng)濟(jì)性響應(yīng)策略，構(gòu)建二次泵頻率及運(yùn)行數(shù)量自動控制，實(shí)現(xiàn)冷、熱能供需的實(shí)時平衡等，均可由相應(yīng)的界面展示。

5 結(jié)束語

本文選取了可調(diào)節(jié)容量相對較大、電功率響應(yīng)速度相對較快，且具有一定自動化水平的光儲協(xié)同綜合智慧能源作為可調(diào)節(jié)負(fù)荷參與APC 輔助服務(wù)響應(yīng)的研究對象，在研究分析光儲協(xié)同綜合智慧能源系統(tǒng)配置及負(fù)荷特征的基礎(chǔ)上，解讀“兩個細(xì)則”對可調(diào)節(jié)負(fù)荷考核補(bǔ)償?shù)目刂萍夹g(shù)指標(biāo)，分析綜合智慧能源站參與APC 控制需要滿足基礎(chǔ)前置條件，提出“多尺度負(fù)荷預(yù)測-響應(yīng)策略尋優(yōu)-底層協(xié)同控制”3 層控制系統(tǒng)架構(gòu)以滿足綜合智慧能源站高效、經(jīng)濟(jì)的APC 控制需求，制定3 層控制系統(tǒng)架構(gòu)的程序部署方式，并給出典型系統(tǒng)的監(jiān)控畫面。項(xiàng)目實(shí)踐表明，通過該控制系統(tǒng)，能夠使光儲協(xié)同綜合智慧能源作為可調(diào)節(jié)負(fù)荷提供高性能的APC 輔助服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)價值最大化。

本文在控制系統(tǒng)層面探索了光儲協(xié)同綜合智慧能源參與電力市場APC 輔助服務(wù)的升級改造方向，挖掘拓展了綜合智慧能源的盈利模式，進(jìn)一步釋放了綜合智慧能源的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，對于綜合智慧能源的發(fā)展有較為重要的意義。