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能源互联网架构及电力关键技术研究

全球能源危机问题和环境严重恶化促进了能源互联网的提出,能源互联网旨在实现"两个替代”(清洁替代、电能替代)。21世纪以来,以电能为中心、逐渐清洁能源化结构调整的持续推进,太阳能、风能等新能源的大规模开发得到大力发展。长期以来中国电力体制僵化,2015年中共中央国务院颁布9号文件《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》,以深圳为代表的试点逐步推广标志着电力改革进入实质性推进阶段,发电侧和售电测的电力系统市场化改革在提升电力效率的同时,为能源互联网的发展创造了政策条件[1]。

1能源互联网研究现状

目前,仅德国、美国等部分发达国家在能源互联网领域取得一些实验性的进展。我国在特高压、分布式能源、智能电网领域取得实质性进展,制定了2025年初步建成全国能源互联网的规划。未来,能源互联网将向全球推广,将全球连接成统一的能源网络,在北极、赤道等地建立大规模清洁能源发电基地,将北极的风电能源和赤道的太阳能输送到全球各地[2]。届时能源互联网必定会带动微网、储能、分布式电能、电动汽车领域的大发展。

2能源互联网架构

能源互联网主要分为发电侧、输配电及用电侧。在能源互联网基础架构中,用户借助线上P2P电力交易平台,购买电能,同时将自己生产的电能放在平台上售卖,相当于所有人都在进行直购电[3]。在P2P模式下,分布式电源技术使得每个电能消费者同时变成了电能生产者,实行峰值实时电价,有助于提高能源的配置效率。

3能源互联网所需电力相关关键技术

3.1电网技术

重点开展特高压设备技术适应性,海底电缆、微电网技术、工程建设优化设计、直流电网构建运行特性和控制保护等基础理论和关键技术研究,实现电网洲际互联提供技术支撑。其次,能源互联网新型材料与器件,包括新型传感器件、大功率电力电子器件、高温超导材料、分布式储能设备等的研究探索也非常有必要。

3.2储能技术

到目前为止,人们已经研发了多种形式的电能储能模式,主要分为物理储能、化学储能。物理储能方式主要有抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能及超导储能。化学储能主要有蓄电池储能和电容器储能[4]。通过选用新型的储能装置,使之与能源互联网稳定性和容量要求更加匹配;通过优化储能控制策略,包括在峰值电价基础上调节储能装置的充放电能力,使系统更加符合电力市场经济性的要求。

3.3信息通信技术

云计算、物联网、大数据和移动互联主要由业务需求推动技术创新,从而产生新的应用,促进管理提升,创新商业模式。其技术路线在SG-ERP架构中已经包含,其应用场景已纳入“十三五”信息规划,是未来的能源互联网信息通信技术研究的重点内容。3.3.1云计算整合现有各类IT资源,构建安全可控的云计算服务平台并具备多类型终端内外网安全接入功能,为电力业务应用(如安全分析、电网潮流计算、系统安全恢复、监控和调度、电网可靠性评估等)提供高质量云服务。3.3.2物联网物联网是通过在物体上安装智能感知设备(如RFID、传感器、二维码等),自动采集物体属性、位置、状态等信息,将信息网络的互联对象延伸至传统物体,改变传统人工采集录入物体信息的工作方式,实现信息主动交互及共享,提高对物体的识别、定位、跟踪、监控和管理能力,满足智能电网建设和未来能源互联网发展要求。物联网研究与应用的工作内容是:制定电力物联网应用总体规划,研究关键技术,制定相关标准规范,同步自主研发核心产品,推进物联网技术在输变电状态监测、用电信息采集、配电自动化和电动汽车运营等智能电网领域应用。3.3.3大数据利用高性能计算平台和大数据分析技术,对国网公司全网安全监测数据进行统一收集、处理和深度分析,以便能够实时掌握网络与信息系统遭受外部攻击和内部已知漏洞的总体态势,并从海量的监测数据中准精确定位安全事件,及时发布预警与通报,联络协调安全事件的响应处置。3.3.4移动互联随着移动信息技术迅速发展,移动现场作业及公共服务智能化开始成为电网企业信息化建设的重要内容,并在电力线路巡检作业、应急抢修、智能家居、车联网等方面得到初步应用[5]。

4大电网控制技术及运营机制研究

重点开展全球能源互联的交易机制与运行控制协调优化研究,提升大规模交直流混合仿真能力和调度运行能力。首先要建立具备自愈、自治和自组织等功能的能源互联网控制系统。其次是分布式发电并网技术策略研究。另外,建立能源互联网内部发电的随机潮流最优控制模型等都是需要解决的问题。

5结论

能源互联网有助于提高能源的配置效率,有助于用户深度参与其中,无疑在提高电力系统的可靠性和灵活性等方面具有无限潜力。但是,如何实现能源互联网的预想架构、大电网控制技术及新型电力交易市场的运营等方面仍存在很多棘手问题,有待于进一步研究。在提倡清洁能源、可持续发展的今天,专家、学者对尚处于起步阶段的能源互联网的研究具有重大意义。作者简介:李晓强,男,汉族,1984年生,青海人,本科为山东大学电气自动化专业,现任国网西藏电力有限公司调度控制处副处长,主要研究大电网调度与继电保护;王超,男,汉族,1984年生,四川人,四川大学电气工程专业研究生,现为国网重庆职称西藏电力有限公司综合技术处安全生产专责,主要研究电网安全生产与继电保护。

作者:李晓强 王超 柳晓萍 单位:国网西藏电力有限公司 国网西藏电力有限公司信息通信公司


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