本網(wǎng)訊 “日前現(xiàn)貨交易模擬出清曲線已生成，平臺按照既定負荷分解算法完成虛擬電廠域內(nèi)可調(diào)節(jié)資源出力指令一次分解，預(yù)估負荷指令跟蹤偏差在3%以內(nèi)。”6月20日，山西電力科學(xué)研究院研究員程雪婷和國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團有限公司研發(fā)工程師徐哲男緊盯運控大屏的監(jiān)測數(shù)據(jù)，共同完成了驗證算法有效性的虛擬電廠仿真實驗操作。這是山西電科院和國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團合作打造能源互聯(lián)網(wǎng)“大科學(xué)技術(shù)裝置”、助力新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動的一項具體實踐。
山西電科院長期圍繞山西省能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和前瞻性發(fā)展開展研究，2021年起聯(lián)合國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團打造能源互聯(lián)網(wǎng)科研實證平臺——能源互聯(lián)網(wǎng)“大科學(xué)技術(shù)裝置”，共同探索能源互聯(lián)網(wǎng)與新型電力系統(tǒng)建設(shè)路徑，加快“雙碳”目標在山西落地實現(xiàn)。
錨定方向，探索數(shù)字化技術(shù)助力山西能源發(fā)展新路徑
山西是我國煤炭大省和能源重化工基地，能源革命綜合改革與“雙碳”目標實現(xiàn)任務(wù)艱巨。目前，在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，山西仍相對缺乏支撐能源革命和“雙碳”目標落地的技術(shù)密集型重大科研基礎(chǔ)設(shè)施。作為國內(nèi)能源革命綜合改革試點省份，如何加快構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)與新型電力系統(tǒng)、探索適應(yīng)山西特點的“雙碳”目標實現(xiàn)路徑，是山西省面臨的一大考題。
在此背景下，山西電科院主動聯(lián)合在能源數(shù)字化領(lǐng)域具有技術(shù)優(yōu)勢的國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團信通研究院、北京中電飛華通信有限公司，以探索能源數(shù)字化助力能源互聯(lián)網(wǎng)與新型電力系統(tǒng)建設(shè)為目標，建設(shè)以電為核心的能源互聯(lián)網(wǎng)科研實證平臺——能源互聯(lián)網(wǎng)“大科學(xué)技術(shù)裝置”。
該項目依托山西太原智慧能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程，于2021年8月底啟動建設(shè)，旨在打造能源互聯(lián)網(wǎng)山西省域示范區(qū)試驗基地的科研重器。目前項目整體進入收尾階段。
能源互聯(lián)網(wǎng)科研實證平臺由能源網(wǎng)架層實證系統(tǒng)、數(shù)字全景實證系統(tǒng)和價值平臺系統(tǒng)三大部分構(gòu)成，依托能源數(shù)字化手段，構(gòu)建綠色、柔性、低碳的能源系統(tǒng)，實現(xiàn)物理層能源系統(tǒng)和裝備的柔性可調(diào)與協(xié)同融合，面向新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲互動、零碳等技術(shù)需求，開展能源互聯(lián)網(wǎng)科研、實證和示范。
聯(lián)合攻關(guān)，打造融合研究與實證功能的能源互聯(lián)網(wǎng)科研實證平臺
近幾年，山西電科院分階段建設(shè)了分布式新能源發(fā)電、多類型充電樁、多類型儲能、交直流混合微網(wǎng)等實驗裝置或系統(tǒng)。雖然這些單套實驗系統(tǒng)能夠滿足定向?qū)嶒炐枨?，但彼此之間由于設(shè)備廠商不同、型號差異以及建設(shè)時序不一致，難以協(xié)同開展能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)研究實驗，實驗價值無法發(fā)揮到最大化。
智慧能源管控系統(tǒng)是貫通能源網(wǎng)架層實證系統(tǒng)、數(shù)字全景實證系統(tǒng)和價值平臺系統(tǒng)三大部分、支撐能源互聯(lián)網(wǎng)科研實證平臺運行管理的智慧中樞。智慧能源管控系統(tǒng)綜合利用5G通信、邊緣計算、人工智能等數(shù)字化技術(shù)，將能源網(wǎng)架層的實驗裝置及系統(tǒng)有機整合為一個統(tǒng)一的整體，形成了滿足虛擬電廠、光儲直柔、有序充電、能源仿真等多業(yè)態(tài)場景的能源互聯(lián)網(wǎng)“大科學(xué)技術(shù)裝置”。
“我們提出了積木式實驗場景理念，可根據(jù)實驗需求將不同設(shè)備靈活組合成實驗系統(tǒng)，開展自定義場景的實驗研究。如果說常規(guī)的系統(tǒng)集成能夠發(fā)揮實驗裝置‘1+1>2’的功效，那么能源互聯(lián)網(wǎng)科研實證平臺依托積木式場景建設(shè)理念，有望達到更大的功效。”山西電科院副院長王金浩介紹。
整合多類型實驗裝置并不像常規(guī)意義上的系統(tǒng)集成那么容易。山西電科院的多名專家、專責會同國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團信通研究院和中電飛華的研發(fā)工程師們，克服疫情影響，以“現(xiàn)場+遠程”的工作模式，連續(xù)奮戰(zhàn)多月，共同攻克了多元設(shè)備信息模型標準化與信息融會貫通、虛擬電廠平臺“研究態(tài)”技術(shù)框架設(shè)計、多能潮流-碳排放流聯(lián)合仿真與追蹤分析等關(guān)鍵技術(shù)，形成了一系列產(chǎn)品級的研發(fā)成果。
智慧能源管控系統(tǒng)下的虛擬電廠精準調(diào)控仿真與實證平臺創(chuàng)新性地融合了“運行態(tài)”和“研究態(tài)”兩種工作模式，針對虛擬電廠參與現(xiàn)貨交易等尚未成熟的技術(shù)熱點難點，設(shè)計了支持全環(huán)節(jié)算法自定義、歷史交易模擬推演與回溯分析的平臺框架，可為山西電力現(xiàn)貨交易市場虛擬電廠業(yè)務(wù)提供研究平臺支撐。
“我們?yōu)檠芯咳藛T在虛擬電廠業(yè)務(wù)流程的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供了可自定義的實驗功能，其中有些環(huán)節(jié)甚至提供了允許研究人員錄入算法源代碼的窗口，把原本黑箱化的后臺算法轉(zhuǎn)變成前端可編程模式，有效提升了該平臺的實驗效能，在模式和工程應(yīng)用上均實現(xiàn)了創(chuàng)新突破。”國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團信通研究院院長趙永生介紹。
此外，新能源功率預(yù)測算法理論研究往往與實際工程應(yīng)用出現(xiàn)較大脫節(jié)，構(gòu)建的預(yù)測模型對項目依賴性較強。為此，項目團隊研發(fā)了支持可視化交互式人工智能建模的分布式新能源與多元負荷預(yù)測平臺，實現(xiàn)了“數(shù)據(jù)預(yù)處理-人工智能建模-模型訓(xùn)練-模型設(shè)備映射-精度評估”全環(huán)節(jié)可視化低代碼功率預(yù)測實驗管理。預(yù)測模型可做到一次映射綁定，系統(tǒng)全局共享，真正實現(xiàn)了“研究”和“實證”的一體化，提升了實驗效率和成效。經(jīng)對比測算，依托該平臺，研究人員新能源功率預(yù)測算法的研發(fā)和實驗效率可提升60%以上。
示范引領(lǐng)，推廣應(yīng)用能源互聯(lián)網(wǎng)與新型電力系統(tǒng)原創(chuàng)技術(shù)
山西電科院在建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)科研實證平臺的過程中，以國家電網(wǎng)有限公司戰(zhàn)略目標和山西省能源轉(zhuǎn)型發(fā)展目標為統(tǒng)領(lǐng)，瞄定“雙碳”目標，探究能源互聯(lián)網(wǎng)和新型電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律，在“綠色低碳、全景透明、價值創(chuàng)造、智慧科創(chuàng)”理念指導(dǎo)下，努力打造具有廣泛應(yīng)用價值的示范工程。目前該項目已形成“光儲直柔”“攻防靶場”“有序用電”“虛擬電廠”“能源仿真”五大場景，可在國內(nèi)外具有多種資源特征的地區(qū)推廣應(yīng)用。
在山西電科院試驗基地，新能源汽車充電樁是重要的可調(diào)負荷元素。試驗基地安裝有34臺充電樁，幾乎涵蓋了市場上常見的各類型充電樁。
6月5日，天氣晴朗，智慧能源管控系統(tǒng)預(yù)警試驗基地園區(qū)12時至14時會出現(xiàn)光伏發(fā)電全額消納風險。實驗人員通過加載自研人工智能有序充電算法策略，以園區(qū)負荷波動最小、充電成本最低、新能源利用率最高為目標，自動生成光儲充調(diào)控指令，將原本在9時至11時、14時至17時的部分充電負荷自主平移至光伏發(fā)電消納風險時間段，確保園區(qū)當日新能源100%消納。經(jīng)計算，在模擬現(xiàn)貨市場實時電價曲線的條件下，當日平移負荷125千瓦時，單次節(jié)約充電成本57元。
近年來，山西省極端天氣頻發(fā)。2021年，山西多地月氣溫、降水頻繁突破歷史極值，冷暖轉(zhuǎn)換強度歷史罕見。項目團隊建成數(shù)字孿生綜合能源系統(tǒng)仿真平臺，積極應(yīng)對極端天氣對能源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來的風險。目前，實驗人員依托數(shù)字孿生綜合能源系統(tǒng)仿真平臺完成日間暴風雪極寒天氣下的能源系統(tǒng)調(diào)度仿真研究，通過預(yù)判極寒條件下設(shè)備故障、新能源停機等風險，以及電網(wǎng)負荷壓力，輔助制訂最優(yōu)調(diào)度策略，并作為應(yīng)急預(yù)案，將仿真驗證后的調(diào)度策略自動關(guān)聯(lián)下發(fā)到實際生產(chǎn)設(shè)備。
能源互聯(lián)網(wǎng)科研實證平臺融入了新型電力系統(tǒng)各類元素和科研裝備，實現(xiàn)了仿真、試驗、檢測、示范等創(chuàng)新要素聚集，未來將在支撐“雙碳”目標落地山西和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中發(fā)揮作用，助力打造能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)新樣板。（孟洪民 李瑞 劉澤三）
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