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《中国人工智能学会通讯》——10.12 电网运行控制发展趋势

简介: 本节书摘来自CCAI《中国人工智能学会通讯》一书中的第10章,第10.12节, 更多章节内容可以访问云栖社区“CCAI”公众号查看。

10.12 电网运行控制发展趋势

电网运行的主要任务是协调和控制电力的生产、传输、分配和使用。随着技术的发展和市场化的推动,电网运行也在发生相应的变化。电网运行控制的演变如图 1 所示。早期的电网运行以集中控制为主,通常发电、输电、配电、用电全过程统一计划和调控,保证安全可靠地供电是电网运行的主要目标[4] 。在这个阶段,电网运行主要面对的是电力网络的物理约束,电力平衡是电网运行控制的核心。后来随着通信技术的发展,通信网络与电力网络紧密融合, 电网运行不仅需要考虑电力流动的物理约束,而且需要在通信网络的支撑下,及时感知的电网运行状态,获取大量电网运行相关信息和预测未来发展趋势,对电网运行进行更精准的控制[5] 。基于状态感知的趋势控制是电网运行的重要任务。随着电力市场化和互联网商业模式的冲击,传统电网运行中只有有限数量的电力供应商和售电商参与电力交易的情况发生了改变。未来电网中,大量需求不一、特性不一、大小不一的分布式电源、负荷都可能以不同形式参与电力的交易,构成了复杂的电力交易与分配的商业网络。电力交易将以合同、竞价、邀约、分享等多种形式进行,众多电力交易参与者都将进行自主决策。电网运行需要同时支持电力交易的执行和保障电力安全可靠的流动。电网、电源、负荷之间的互动自治将成为未来电网运行的重要特征。image
另一方面,在智能电网技术发展的推动下,电网运行控制的对象也发生了巨大的变化,主要体现在柔性负荷和智能电力单元的出现。

泛在的柔性负荷
常规上,用电负荷按照自身需求用电,不受其他因素影响而改变用电水平。然而,随着分布式电源技术的发展,需求响应措施的推广和灵活电价政策的实施,许多负荷可以根据电网运行需要在一定的范围内调整用电水平,这类负荷称之为“柔性负荷”。 柔性负荷包括需求弹性的可调节负荷或可转移负荷(空调、照明、工商业可调节负荷)、具备双向调节能力的电动汽车、储能、蓄能以及分布式电源、微网等。随着智能电网的建设,大量的柔性负荷将普遍出现在电网的配电侧用户端,具有海量分散分布性,而且容量大小、调节能力不一,因此称之为“泛在的柔性负荷”。柔性负荷无所不在,由于用户用电特性不一样,单一负荷不是任意时间都可控的,可调节的能力和响应时间也不同,具有强随机性,然而大量分布的负荷聚合在一起则呈现一定的总体可控性,调节潜力巨大。

柔性负荷资源相对分散,难以实现直接调度,用户响应也难以精准控制。另外,柔性负荷调度的激励补偿机制并不成熟,用户潜力难以挖掘,柔性负荷的多样性使得难以用统一的模式对不同柔性负荷进行控制。

智能的电力单元
智能电网技术的发展推动了电网的智能化,在信息通信技术的帮助下,电网中的电力单元可以实现智能决策,具有智能属性。通常电力单元是指电网中的一个发电、用电或者发用电混合的功率控制单元,例如发电厂、商业楼宇、园区、微网等。电力单元本身具有物理属性,表现为其运行特性受到其物理组成约束。另外,电力单元之间或与控制中心之间存在通信联系,实现信息的传输。因此,如图 2 所示,智能电网中电力单元是智能电力单元,具有物理属性、智能属性和通信属性三重属性。物理属性反映了电力元件运行的状态,智能属性是对电力元件的控制,而通信属性则是传输电力元件的状态和控制所依赖的外部信息。image
物理属性描述电力单元特有的物理特性,例如,负荷的物理特性包括负荷需求、与电网频率的关系、受到供电电压的影响等。不同类型的电力单元具有不同的物理属性,分布式电源接入的负荷与没有分布式电源接入的负荷显然功率控制特性不一样;电动汽车的充放电与建筑的空调负荷的功率控制特性不一样;火电机组与水电机组的功率控制特性不一样;风电集群与光伏集群的功率控制特性不一样。电网运行控制必须服从电力单元的物理属性。

智能属性描述电力单元依据电网运行信号的自主决策能力。电力元件的自主决策可以包括基于历史经验或者知识的推理,可以是基于自身利益的优化,或者基于风险度、满意度或者经济性的控制等。例如需求响应负荷参与电网功率平衡问题,负荷代理可以根据电网不同信息(如电价、频率、电压等)确定负荷响应量,从而获得最大的经济效益,同时满足自身的用电需求。电力元件的智能属性确定了电力元件的行为方向。

通信属性描述电力单元之间的信息交换。通信属性包括:电力单元之间的通信连接,数据采集和信息交流的内容、协议、通信方式,以及通信过程中的时延、误码和中断等。

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