安科瑞鮑靜君 趙夢(mèng)玲

　　風(fēng)和太陽，都是清潔能源里的 “優(yōu)等生"—— 既能發(fā)電，又不排碳，好處實(shí)實(shí)在在?？伤鼈円灿袀€(gè)頭疼的問題：時(shí)斷時(shí)續(xù)，出力時(shí)高時(shí)低。比如正午太陽正烈，光伏板卯足了勁發(fā)電，多出來的電常沒處去;到了夜里，沒風(fēng)也沒光，偏偏趕上用電高峰，電網(wǎng)稍不注意就容易 “掉鏈子"。那怎么才能讓清潔能源既發(fā)得足、又用得穩(wěn)?答案，就藏在 “源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制" 這門技術(shù)里。今天，咱們就來好好說說，這套技術(shù)到底有多神通。

　　一、清潔能源消納，難就難在 “不穩(wěn)定"

　　以前的電網(wǎng)，主力是火電、水電，出力穩(wěn)得像老黃牛 —— 你要多少，它基本能穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)供上?？扇缃?，風(fēng)電、光伏成了 “主力軍"，新問題就冒出來了：風(fēng)電是 “看天吃飯" 的性子：風(fēng)速低于 3 米 / 秒 —— 比人散步還慢時(shí)，風(fēng)機(jī)壓根轉(zhuǎn)不起來;一旦超過 25 米 / 秒 —— 差不多是 10 級(jí)大風(fēng)的力道，就得停機(jī)保安全。哪怕在中間這段 “有效風(fēng)速" 里，發(fā)電量也總跟著風(fēng)勢(shì)忽高忽低，沒個(gè)準(zhǔn)頭。

　　光伏靠太陽賞飯：早上下午光照弱，中午很強(qiáng);遇到烏云飄過，出力能瞬間掉一半，比翻書還快。

　　儲(chǔ)能和用電負(fù)荷也來 “添堵"：儲(chǔ)能充放電要是沒協(xié)調(diào)好，反而會(huì)火上澆油，讓電網(wǎng)波動(dòng)更厲害;工廠突然滿負(fù)荷開機(jī)、千家萬戶空調(diào)集體啟動(dòng)，都會(huì)讓用電負(fù)荷像 “蹦極" 一樣劇烈起伏。這些問題一疊加，就像一群各走各道的路人，誰也不看誰，隨時(shí)可能撞成一團(tuán)。某風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)測(cè)顯示，沒這套協(xié)調(diào)控制時(shí)，風(fēng)機(jī)電壓波動(dòng)能超 30%，儲(chǔ)能功率忽上忽下，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)局部停電。

　　二、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同，就像給能源裝了 “智能導(dǎo)航"

　　要讓清潔能源用得穩(wěn)，就得讓 “源(電源)、網(wǎng)(電網(wǎng))、荷(負(fù)荷)、儲(chǔ)(儲(chǔ)能)" 像一支球隊(duì)那樣配合 —— 前鋒(電源)沖鋒，中場(chǎng)(電網(wǎng))調(diào)度，后衛(wèi)(儲(chǔ)能)補(bǔ)位，替補(bǔ)(可調(diào)節(jié)負(fù)荷)隨時(shí)待命。具體怎么做呢?

　　第一步：給每個(gè)環(huán)節(jié)建 “數(shù)字模型"，摸清脾氣

　　就像看病要先做檢查，協(xié)調(diào)控制前得給每個(gè)設(shè)備 “畫像"：

　　風(fēng)機(jī)模型：記錄它在不同風(fēng)速下的出力曲線，比如風(fēng)速 5 米 / 秒時(shí)發(fā)多少電，10 米 / 秒時(shí)又能發(fā)多少，超過 25 米 / 秒就自動(dòng) “罷工"。

　　光伏模型：不光看光照強(qiáng)度，還要算溫度影響 —— 夏天電池板溫度太高，發(fā)電效率會(huì)下降，就像人熱得沒力氣干活。

　　儲(chǔ)能模型：知道它至多能存多少電，充放電速度有多快，就像知道冰箱能裝多少東西，制冷有多快。

　　負(fù)荷模型：區(qū)分哪些負(fù)荷能停(比如工廠非急需生產(chǎn))，哪些不能停(比如醫(yī)院設(shè)備)，就像給乘客分 “優(yōu)先級(jí)"。

　　有了這些模型，系統(tǒng)就能預(yù)判：“明天中午 12 點(diǎn)光照強(qiáng)，光伏能發(fā) 100 萬千瓦，剛好夠商業(yè)區(qū)用電，儲(chǔ)能可以歇著;晚上 8 點(diǎn)沒太陽，風(fēng)電預(yù)計(jì)發(fā) 50 萬千瓦，得讓儲(chǔ)能放 30 萬千瓦，再讓工廠錯(cuò)峰 20 萬千瓦。"

　　第二步：全局信息 “共享"，不讓任何設(shè)備 “掉隊(duì)"

　　電網(wǎng)里的設(shè)備成千上萬，分布在幾十甚至上百公里內(nèi)，怎么讓它們 “齊心"?靠的是 “平均一致性算法"—— 就像微信群里共享位置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)(變電站、風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)能站)都能實(shí)時(shí)看到全局狀態(tài)：

　　某區(qū)域突然缺電，附近的儲(chǔ)能站會(huì)收到 “請(qǐng)放電" 的信號(hào);

　　光伏出力突增，遠(yuǎn)處的工廠會(huì)收到 “可以多開工" 的通知;

　　電壓快超標(biāo)時(shí)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)整出力，就像司機(jī)看到紅燈減速。

　　某省級(jí)電網(wǎng)的實(shí)踐顯示，用上這個(gè)算法后，信息傳遞延遲從秒級(jí)降到毫秒級(jí)，就像從寫信變成視頻通話，反應(yīng)速度提升 100 倍。

　　第三步：按 “頻率" 指揮，穩(wěn)住電網(wǎng) “心跳"

　　電網(wǎng)有個(gè) “生命線"—— 頻率(我國標(biāo)準(zhǔn)是 50Hz)，就像人的心跳，太高太低都危險(xiǎn)。協(xié)調(diào)控制的核心，就是讓頻率穩(wěn)在 50Hz 左右：

　　頻率高于 50Hz：說明發(fā)電多了，讓儲(chǔ)能趕緊充電，光伏、風(fēng)機(jī)適當(dāng) “歇口氣"，甚至讓工廠多用電(比如提前加熱水箱)。

　　頻率低于 50Hz：說明電不夠了，讓儲(chǔ)能放電，柴油發(fā)電機(jī)(備用電源)啟動(dòng)，同時(shí)讓非關(guān)鍵負(fù)荷暫時(shí) “休息"(比如商場(chǎng)暫時(shí)關(guān)掉部分照明)。

　　某工業(yè)園區(qū)的測(cè)試顯示，這套策略能讓頻率波動(dòng)控制在 0.5Hz 以內(nèi)，比沒控制時(shí)穩(wěn)定 60% 以上。

　　三、效果有多好?數(shù)據(jù)來說話

　　某實(shí)驗(yàn)對(duì)比了三種控制方法：傳統(tǒng)方法、模糊算法、本文的協(xié)同控制方法，結(jié)果一目了然：

　　1. 風(fēng)機(jī)電壓穩(wěn)如 “定海神針"

　　沒控制時(shí)，風(fēng)機(jī)電壓像坐過山車，波動(dòng)超過 30%，甚至?xí)|發(fā)保護(hù)裝置 “跳閘"。用了協(xié)同控制后，電壓波動(dòng)能壓到 10% 以內(nèi)，就像從顛簸土路開到了高速路。 某風(fēng)電場(chǎng)的師傅說：“以前電壓一波動(dòng)，風(fēng)機(jī)就‘報(bào)警’，一天要手動(dòng)復(fù)位好幾次;現(xiàn)在基本不用管，手機(jī)上看曲線平得像尺子。"

　　2. 儲(chǔ)能出力不再 “蹦極"

　　儲(chǔ)能就像電網(wǎng)的 “充電寶"，充放電不穩(wěn)定比不用還糟。實(shí)驗(yàn)顯示，傳統(tǒng)方法下儲(chǔ)能功率波動(dòng)能到 50%，而協(xié)同控制后能控制在 15% 以內(nèi)。

　　某儲(chǔ)能站的數(shù)據(jù)顯示，協(xié)調(diào)控制后，每天充放電效率提高了 12%，相當(dāng)于多存了 3000 度電，夠 200 戶家庭用一天。

　　3. 負(fù)荷 “削峰填谷"，用電更經(jīng)濟(jì)

　　可調(diào)節(jié)負(fù)荷就像 “彈性海綿"，高峰時(shí)縮一縮，低谷時(shí)舒展開。某商業(yè)區(qū)的測(cè)試顯示，通過價(jià)格信號(hào)(高峰電價(jià)高，低谷低)，能讓空調(diào)負(fù)荷錯(cuò)峰 15%，既減少停電風(fēng)險(xiǎn)，又能讓用戶省電費(fèi)。

　　四、安科瑞源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化管理系統(tǒng)

　　1.安科瑞智慧能源管理平臺(tái)

　　AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)是針對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺(tái)，對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)分布式電源、市政電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電設(shè)施以及各類交直流負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)配，優(yōu)化策略，診斷告警，可調(diào)度源荷有序互動(dòng)、能源全景分析，滿足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數(shù)字化、安全分析智能化、調(diào)整控制動(dòng)態(tài)化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲(chǔ)充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為用戶降低能源成本，提高微電網(wǎng)運(yùn)行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)可以接受虛擬電廠的調(diào)度指令和需求響應(yīng)，是虛擬電廠平臺(tái)的企業(yè)級(jí)子系統(tǒng)。

　　圖1 AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)主界面

　　2.平臺(tái)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-充"各環(huán)節(jié)，通過智能網(wǎng)關(guān)采集測(cè)控裝置、光伏、儲(chǔ)能、充電樁、

　　常規(guī)負(fù)荷數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)荷變化和電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化控制，促進(jìn)新能源消納的同時(shí)降低對(duì)電網(wǎng)的至大需量，使之運(yùn)行安全。

　　圖2 AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)

　　3.平臺(tái)功能

　　1)能源數(shù)字化展示

　　通過展示大屏實(shí)時(shí)顯示市電、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁以及其它負(fù)荷數(shù)據(jù)，快速了解能源運(yùn)行情況。

　　2)優(yōu)化控制

　　直觀顯示能源生產(chǎn)及流向，包括市電、光伏、儲(chǔ)能充電及消耗過程，通過優(yōu)化控制儲(chǔ)能和可控負(fù)載提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統(tǒng)出力，并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化后能源曲線對(duì)比等。

　　3)智能預(yù)測(cè)

　　結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)對(duì)光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負(fù)荷功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)際功率進(jìn)行對(duì)比分析，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷控制實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，降低需量和用電成本。

　　4)能耗分析

　　采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量，進(jìn)行同環(huán)比比較，顯示能源流向，能耗對(duì)標(biāo)，并折算標(biāo)煤或碳排放等。

　　5)有序充電

　　系統(tǒng)支持接入交直流充電樁，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷和變壓器容量，并和變壓器負(fù)荷率進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，引導(dǎo)用戶有序充電，保障企業(yè)微電網(wǎng)運(yùn)行安全。

　　6)運(yùn)維巡檢

　　系統(tǒng)支持任務(wù)管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過北斗定位跟蹤運(yùn)維人員軌跡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維流程閉環(huán)管理。

　　7)設(shè)備選型

　　除了智慧能源管理平臺(tái)外，還具備現(xiàn)場(chǎng)傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，組成了完整的“云-邊-端"能源數(shù)字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護(hù)和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為虛擬電廠企業(yè)級(jí)的能源管理系統(tǒng)提供一站式服務(wù)能力。

　　五、未來可期：清潔能源再多也不怕

　　在雙碳目標(biāo)推進(jìn)下，源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制愈發(fā)重要，安科瑞智慧能源管理平臺(tái)通過動(dòng)態(tài)消納、柔性調(diào)節(jié)與智能聚合，適配多場(chǎng)景：實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車夜間低谷充電、午間光伏大發(fā)時(shí)反向售電增收，支持智能工廠依電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏并獲取補(bǔ)貼，還能整合分散的屋頂光伏、小區(qū)儲(chǔ)能及電動(dòng)汽車形成虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)并按貢獻(xiàn)分配收益，某新能源示范城應(yīng)用后，清潔能源滲透率從 30% 提升至 60% 以上，保障電網(wǎng)穩(wěn)定的同時(shí)年減少燃煤 200 萬噸，相當(dāng)于種 1000 萬棵樹，充分展現(xiàn)了平臺(tái)在推動(dòng)能源利用與低碳轉(zhuǎn)型中的價(jià)值。