微电网的定义
根据国家能源局《微电网管理办法》的定义:
微电网是指由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统(必要时含储能装置)。
(来源:微信公众号“鱼眼看电改”作者:俞庆)
微电网特征
1、小型发配用电系统
微电网包含了发电(分布式电源,以分布式新能源为主)、用电负荷、配电设施(小型配电网络)的电力系统。“麻雀虽小,五脏俱全”,大电网具备的电力元器件要素,微电网也同样具备,所以是一个电力系统。
2、监控和保护装置
微电网需要有监测、控制、保护等各类装置(含系统),以及相应的系统。即微电网是天生的“一二次融合”、“自动化与信息化融合”的系统。
所以对微电网EMS系统有客观上的需求。
3、必要时含储能装置
微电网并不一定要包含储能,但是在必要情况下,这个必要包括了安全性的必要、经济性的必要、绿色性的必要,可以实现“源网荷储一体化”。
微电网EMS的定义
根据《微电网工程设计标准》,定义如下:
一种计算机系统,包括提供基本支持服务的软硬件平台,以及保证微电网内发电、配电、用电设备安全经济运行的高级应用软件。
这个定义基本上延用了调度自动化专业对EMS的定义,主要目标是微电网系统的安全、经济运行。
未来可能还需要增加绿色低碳运行的需求。
微电网的功率和电压等级选择
根据国家能源局发布的《新能源微电网技术条件》,以新能源为主的微电网分为联网型和独立型两种,这里我们主要看联网型微电网的功率和电压等级规范:
当然,微电网内部的最大运行功率可以超过这个限制,上面的这个表格可以作为微电网的功率范围参考。也有一些标准和文件把微电网的最大运行功率设置为50MW,作为微电网的上限。
对微电网EMS来说,最大需要考虑110kV配电系统(如果是独立性离网系统,甚至要考虑220kV配电系统)的监控和管理需求,如110kV受电变电站的综合监控。
微电网系统的分类方式
微电网EMS系统与微电网系统,大致可以根据以下维度进行分类:
1、按电压(或容量)
(1)35KV及以上的,数十MW~数百MW的微电网系统
(2)10kV的,数MW的微电网系统
(3)380V的,数百KW的微电网系统
(4)220V的,数十KW的微电网系统(也有人叫做纳电网)
不同的电压等级和容量,对微电网的智能化、自动化水平需求是不太一样的,方案形态也不同。
2、按运行场景分
比如军用微电网系统、建筑微电网系统、重工业(高耗能、高电压等级)微电网系统、轻工业(非高耗能、10kV及以下)微电网系统。
当然还有更细分场景的,比如离岛型微电网系统、牧区微电网系统、充电场站微电网系统、数据中心微电网系统等。
对微电网EMS系统来说,如何适应各种不同场景的细分需求,也是较大的挑战。
3、按照微电网的公共属性分
(1)公共微电网,具有公共服务属性,为不特定的用户对象服务的微电网,比如台区微电网、岛屿微电网、牧区微电网等;
(2)用户微电网,具有私有属性,为特定的(类似专变)用户提供服务,比如建筑微电网、工业微电网等。
不同属性的微电网,对EMS的需求差异较大。
微电网EMS的基本功能
根据《微电网工程设计标准》,微电网EMS系统可以实现监控、调度、优化管理等多功能合一,并具备以下功能:
发电预测、分布式电源管理、负荷管理、发用电计划、电压无功管理、统计分析与评估、WEB 发布(人机交互界面)。
同时实现与调度机构以相应的传输规约实现信息交互,并满足安全防护要求。
微电网EMS的技术路线
从目前的政策文件来看,国内微电网EMS正处于一个新老交替的技术阶段。
老阶段
即参考《微电网工程设计标准》、《微电网接入电力系统技术规定》等,严格按照电力二次系统设计的规范,配置的继电保护、自动控制、计量管理、能量管理、监控系统、通信系统等。
微电网监控系统采用本地化的服务器、数据库、工作站、交换机,并设置本地中控室进行集控。
但是,按照传统调度自动化要求设计的微电网EMS,在现实中存在三方面的矛盾:
1、提高了设计和实施的难度
上述技术规范,适合于MW级及以上的,35kV及以上的大型微电网系统建设运行,但是对于数量较大的10kV、0.4kV的中小型微电网,无论是设计成本,建造成本,实施和调试的难度都较大。
2、运行难度较大
中小型微电网系统,尤其是“源网荷储一体化”的系统,大多存在:
(1)投资方和运行方分离
(2)投资方只管投资不管运行
(3)运行方往往是企业业主(的电力或者能源运行部门),只管节约不管系统综合效率。
企业的能源管理部门绝大多数并不能按照调度自动化的要求,运行和管理EMS与微电网系统的能力。
如EMS中的发电计划管理,涉及到设备管理(比如检修、抢修的运行调度)、计量管理(发电计量、负荷计量)、发用电预测管理、微电网拓扑管理、微电网潮流仿真、继电保护等很多细分专业领域。
3、涉及多市场、多主体交易困难
传统的调度自动化系统,其设计目标是为电网调度部门内部使用,使用角色单一,使用目标清晰。
而这种自动化系统设计思路,沿用到微电网自动化和EMS系统中,就是“老革命遇到新问题”。
但是微电网系统,无论是公共微电网,还是用户微电网,其运行工况和经济性实现环境,都迥异于传统调度自动化。
比如如何与虚拟电厂的应用场景结合?如何参与售电交易?如何进行分布式能源的入市交易?如何实现多主体的交易?
举个例子,在公共微电网的应用场景中,也涉及到多主体、多品种交易。
比如台区微电网,有可能一个公共配电台区,有售电公司、充电桩投资方、电力用户、分布式投资方(需要参与电力市场化交易,涉及到上网问题)、共享储能投资方。
所谓公共微电网EMS系统同样需要考虑多买多卖,与上级配电网、与用户微电网(群)、与台区内各个市场主体的多对多互动问题。
新阶段
无论是欧洲的配电网智能化路线,还是国网、南网的智能配电网、智能微电网数字化路线,都以上述的能源互联网综合应用场景为目标,逐步摒弃传统调度自动化设计路线,把配网(微网)调度自动化、EMS、虚拟电厂管理、负荷调度、分布式发电管理、多代理协同等需求进行融合。
从更深的角度来说,这是电网调度-电力市场架构设计,从传统电力系统的“自顶向下,逐层分解,自下而上,逐级兜底”的经济管理模式,以及与之配套的调度自动化和配网信息化建设运行模式
转换到“自下而上、分层分群、群内自治、群层协同”的新型电力系统
经济运行模式,配-微网的数字化、智能化路线,必然也跟着改变。
比如最近的国网、南网都在开展的“开源电力鸿蒙”计划,其本质就是用新一代的、源自移动互联网开源技术体系,去重构10kV及以下的数字化架构和产业生态的一种尝试。
如何在新的环境和趋势下,结合新的业务,形成既满足电力系统的保护、自动化、安全防护、调度接口需求,又适配未来的多目标、多产品、开放、开源、多代理的能源互联网场景,无论是新玩家还是老玩家,都面临机会和挑战。
创新不易,一起探索。