蘭 強(qiáng)，周宇晴，邱燕軍，劉永春，羅衛(wèi)華，談 超

可調(diào)負(fù)荷參與多級電網(wǎng)實(shí)時調(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.國家電網(wǎng)有限公司西南分部，四川 成都 610041；2.國網(wǎng)重慶市電力公司，重慶 400014；3.南瑞集團(tuán)有限公司(國網(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)荷作為自動發(fā)電控制對象的可行性。然后，以電動汽車參與電網(wǎng)調(diào)頻為應(yīng)用場景，提出了可調(diào)負(fù)荷參與多級電網(wǎng)實(shí)時調(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)了多級調(diào)度對可調(diào)負(fù)荷實(shí)時感知和秒級控制，將負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度由分鐘級提升至秒級。通過西南電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲多級協(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，針對大規(guī)模可調(diào)負(fù)荷常態(tài)化參與電網(wǎng)實(shí)時調(diào)控，提出了研究方向和發(fā)展建議。

可調(diào)負(fù)荷；電動汽車；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汽車、電采暖、智能樓宇等為代表的新型用電負(fù)荷規(guī)?；焖侔l(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)時動態(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、反調(diào)峰等特性使得電網(wǎng)實(shí)時調(diào)控難度加大；另一方面在負(fù)荷側(cè)，以電動汽車為代表的柔性負(fù)荷大規(guī)模接入，其充電時間與空間分布的不確定性，使得電動汽車充電負(fù)荷具有較大的隨機(jī)性，進(jìn)一步加大了電網(wǎng)實(shí)時調(diào)控的難度[9]。

在我國統(tǒng)一電力市場建設(shè)加快推進(jìn)的背景下，負(fù)荷作為電力市場不可忽略的參與者，可以通過參與輔助服務(wù)市場的交易，將其引入系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰等場景，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)行控制與動態(tài)平衡，推動調(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)荷儲協(xié)同控制，對于保障現(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，尚不能滿足實(shí)時調(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，但主要集中在中長期、短期、日前調(diào)度范疇，限制了可調(diào)負(fù)荷的應(yīng)用場景和規(guī)模。因此，如何將可調(diào)負(fù)荷納入實(shí)時調(diào)度范疇，實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)對可調(diào)負(fù)荷的實(shí)時感知和秒級實(shí)時控制，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]。

電動汽車作為一種移動儲能設(shè)備，具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)靈活的優(yōu)勢。聚合后的規(guī)模化電動汽車充放電負(fù)荷實(shí)時可調(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，本文以電動汽車參與電網(wǎng)調(diào)頻為應(yīng)用場景，依托西南電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲多級協(xié)同調(diào)控示范工程，研究并提出了可調(diào)負(fù)荷參與多級電網(wǎng)實(shí)時調(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)了多級調(diào)度系統(tǒng)對負(fù)荷終端的秒級連續(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)荷參與多級調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)市場提供可靠技術(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)時的技術(shù)支撐系統(tǒng)，使可調(diào)負(fù)荷在短時間尺度做到快速、精確的功率調(diào)節(jié)，以秒級對電力系統(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)計應(yīng)遵循以下原則。

1) 直采直控。為達(dá)到秒級響應(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)時感知和高效調(diào)控。

2) 負(fù)荷聚合?？烧{(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?？烧{(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，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)等級要求。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

可調(diào)負(fù)荷參與多級電網(wǎng)實(shí)時調(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

多級源網(wǎng)荷儲協(xié)同調(diào)控系統(tǒng)基于D5000基礎(chǔ)平臺，構(gòu)建分中心、省調(diào)兩級負(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、市場接口等模塊，實(shí)現(xiàn)多級調(diào)度對可調(diào)負(fù)荷資源實(shí)時采集、匯聚監(jiān)視和調(diào)節(jié)控制，接收現(xiàn)貨及輔助服務(wù)市場的出清結(jié)果，向負(fù)荷運(yùn)行管理功能提供實(shí)時及運(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，同時向負(fù)荷實(shí)時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)荷聚合商平臺實(shí)現(xiàn)，比如電網(wǎng)公司內(nèi)部的智慧能源服務(wù)平臺、智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺以及社會第三方聚合商運(yùn)營平臺。但上述平臺均部署于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，存在傳輸環(huán)節(jié)多、交互效率低等問題，就調(diào)節(jié)時間來說仍然處于分鐘級別，無法支撐調(diào)頻等快速響應(yīng)應(yīng)用場景。

多元負(fù)荷聚合能源路由器支撐可調(diào)負(fù)荷的實(shí)時優(yōu)化調(diào)度與控制。對商業(yè)樓宇、儲能、充電樁和工業(yè)企業(yè)等場景下海量離散負(fù)荷資源進(jìn)行采集和匯聚，下行對接工業(yè)DCS、樓宇BA系統(tǒng)、儲能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)能力評估功能，對基值負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，計算負(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)議多場景應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)商業(yè)樓宇、儲能、充電樁和工業(yè)企業(yè)不同類型的用能設(shè)備、監(jiān)測表計、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、儲存、控制的功能。多元負(fù)荷調(diào)控終端采用模組化設(shè)計，實(shí)時感知電樁運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前負(fù)荷、可充電時間、SOC、上調(diào)裕度、下調(diào)裕度等。同時可實(shí)時響應(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)荷參與多級調(diào)頻、調(diào)峰等應(yīng)用需求。“樁控”方式下，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)場景下，負(fù)荷控制的主要技術(shù)路線為基于現(xiàn)有自動發(fā)電控制(Automatic Generation Control, AGC)[31]功能，將可調(diào)負(fù)荷納入AGC控制對象的范疇。針對負(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)時控制還需要結(jié)合各控制單元實(shí)時上送的調(diào)節(jié)上限、調(diào)節(jié)下限、荷電狀態(tài)(State of Charge, SOC)等遙測信號，以及可充電、可放電等遙信信號，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。省級電網(wǎng)控制區(qū)ACE的計算方法為

控制策略設(shè)計為：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，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，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，將調(diào)頻指令實(shí)時分配至每個虛擬功率控制機(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) 多級調(diào)度故障協(xié)同控制

特高壓/高壓直流、國調(diào)直調(diào)電廠等西南電力調(diào)度控制分中心(以下簡稱“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)資源對頻率進(jìn)行恢復(fù)，發(fā)揮多級調(diào)度協(xié)同處置能力[32]。

在分-省兩級調(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)動故障協(xié)同控制。在實(shí)時控制層面：首先，通過多級調(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控制模式由跟蹤計劃(Schedule with off-Regulation, SCHEO)轉(zhuǎn)為調(diào)頻(Automatic basepoint with Regulation, AUTOR)；最后，通過動態(tài)ACE在故障發(fā)生15～30 s后修改聯(lián)絡(luò)線計劃，在省級電網(wǎng)之間分?jǐn)偣收先鳖~，使得各省級電網(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，在計劃層面逐步修改聯(lián)絡(luò)線、電廠發(fā)電計劃，釋放AGC調(diào)節(jié)空間。

3.2 基于實(shí)時規(guī)約的多級負(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)對點(diǎn)模式。

上行層面多元負(fù)荷控制終端實(shí)時獲取調(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，自動實(shí)時掃描，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)時效性瓶頸，真正實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲負(fù)荷調(diào)控直控模式，可以有效支撐調(diào)頻應(yīng)用場景的需求。

2) 跨層級的多級協(xié)同交互技術(shù)

基于分省兩級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)時數(shù)據(jù)和控制指令的多級協(xié)同互動體系，靈活高效支撐源網(wǎng)荷儲體系中的各類應(yīng)用需求場景。

負(fù)荷模型交互按照“源端維護(hù)，多級共享”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)化格式動態(tài)上送至省調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動解析和就地存儲，同時經(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。

實(shí)時數(shù)據(jù)采集上行交互首先由省級系統(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)時轉(zhuǎn)發(fā)至分中心系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分省兩級負(fù)荷實(shí)時信息共享。

實(shí)時調(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)對負(fù)荷的快速控制。同時省調(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)之間部署兩臺正向和兩臺反向隔離裝置實(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)中部署兩臺交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)冗余互備功能，部署兩臺前置服務(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)加密裝置的配對使用，實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)在無線公網(wǎng)中傳輸時的數(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)荷儲多級協(xié)同調(diào)控示范工程建設(shè)，完成可調(diào)負(fù)荷參與多級電網(wǎng)實(shí)時調(diào)控技術(shù)支撐系統(tǒng)部署和整體聯(lián)調(diào)測試。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，電動汽車參與區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻降負(fù)荷平均響應(yīng)時間為23.5 s，增減負(fù)荷平均響應(yīng)時間為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18 s，其中指令傳輸耗時17 s，指令執(zhí)行耗時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)對可調(diào)負(fù)荷的實(shí)時感知和秒級連續(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，由負(fù)荷聚合商平臺再將指令通過互聯(lián)網(wǎng)方式分解至充電樁。兩種控制技術(shù)的控制效果對比分析如表3所示。

試驗(yàn)對比分析說明，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)速度由分鐘級提升至秒級，有效拓展了負(fù)荷參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的應(yīng)用場景。

表3 直控與非直控技術(shù)的控制效果對比分析

5 結(jié)論

本文以電動汽車參與電網(wǎng)調(diào)頻為應(yīng)用場景，提出了可調(diào)負(fù)荷參與多級電網(wǎng)實(shí)時調(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)模可調(diào)負(fù)荷常態(tài)化參與電網(wǎng)實(shí)時調(diào)控，還需要從技術(shù)支撐和市場機(jī)制兩個方面開展深化研究。

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)測評估、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)時互動效率，切實(shí)為海量負(fù)荷參與電網(wǎng)實(shí)時調(diào)控提供可靠技術(shù)支撐。

2)?在市場機(jī)制方面，目前可調(diào)負(fù)荷資源參與市場化運(yùn)行的機(jī)制還不完善，主要依靠政府、電網(wǎng)公司補(bǔ)貼。下一步亟需從價格機(jī)制、獎懲機(jī)制等方面研究可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式與市場機(jī)制，通過市場化方式引導(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，高級工程師，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)自動控制、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)度自動化、配網(wǎng)自動化；E-mail: 76294029@qq.com

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

(編輯 葛艷娜)