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人工智能赋能源网荷储协同互动的应用及展望

朱范玮 黄鸣锆 殳宇霆

浙江杭嘉鑫清洁能源有限公司,浙江嘉兴,314000

摘要: 随着“双碳”进程的不断深入推进,我国能源电力高质量发展面临新形势和新任务。2021年我国能源活动碳排放量超过102亿吨,占全国碳排放总量88%以上,其中电力行业碳排放超过40亿吨。2022年,国家明确提出加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统。习近平总书记在《正确认识和把握我国发展重大理论和实践问题》指出要正确认识和把握碳达峰、碳中和,要先立后破、统盘谋划,对能源电力碳达峰、碳中和的发展提出更高要求。能源生产加速清洁化、能源消费高度电气化、能源利用集约高效化是能源低碳发展的重要路径。能源主体调整带动全国能源布局发生颠覆性变化,大型新能源基地和大规模分布式电源建设快速推进;能源深度脱碳带来社会生产、生活和用能方式转变,一方面用能与绿色能源打通,另一方面电能替代加速推进;能效提升成为关键问题和系统问题,需要资源配置方式进行系统性改变,以电能为能源主要承载形式、以能源互联网为资源配置方式。
关键词: 人工智能;源网荷储;协同互动
DOI:10.12721/ccn.2022.157160
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引言

落实国家“30·60”双碳战略目标,促进新能源产业保持高质量发展,为建设新型电力系统、构建低碳社会夯实基础。源网荷储一体化发展是电力行业坚持系统观念的内在要求,是实现电力系统高质量发展的客观需要,是提升可再生能源开发消纳水平和非化石能源消费比重的必然选择,对于促进我国能源转型和经济社会发展具有重要意义。开展工业园区综合智慧产业园区源网荷储一体化研究,是落实“30·60目标”的重要举措,通过对风光等可开发资源的评估和对风光出力特性的研究,合理制定方案,科学有效地指导新能源电量消纳,提升新能源的发电电量占比,实现新能源的就地消纳,为新能源的合理规划开发提供技术支撑,为综合发电系统的构建提供保障。

1源网荷储协同对人工智能的需求

电力系统经历了百年发展,其核心业务拥有完备的逻辑体系,是一套建立在严密物理逻辑之上并充分体现社会责任的业务闭环系统,而源随荷动是这一历史发展阶段相对高效的系统运行模式。电力系统的高效运行强调安全性和经济性,而电网安全稳定校核以及运行方式优化均建立在以动力学建模为基础的控制及运筹优化理论之上,结合数值计算对复杂机理动态及优化模型进行高精度求解仿真,形成具有高可靠性、泛用性及时效性的业务体系。人工智能技术的应用能够提升系统安全稳定运行分析效率,提升系统对运行风险的辨识响应能力。新能源占比的不断攀升以及电力电子设备的高比例接入使系统故障机理复杂化,将使传统“建模仿真+预想故障”的电网安全控制体系在参数稳定性、时效性、适用性等多方面受到严重冲击。发展基于离线和在线数据的关联分析及因果推理方法,突破传统规则集合的重复与组合,实现基于数据驱动的系统状态预测、认知、断、决策和管理,最终构建满足全局性和超实时性要求的电网安全稳定控制新机制可有效解决稳定控制问题。人工智能技术在复杂优化问题方面具有独特优势,启发式加速等方法能够有效提升系统在多要素、高自由度、开放条件下的调度决策能力。在数据驱动场景下,利用电网广域时空信息,人工智能技术为电网控制提供更强的模型适配能力、实时更新能力以及控制轨迹追踪能力,更好地揭示电网的时空动力学运行特性及演变规律,协调空间、时间及目标要素,使实现多维度、多要素、多目标的电网综合协调控制成为可能。

2总体方案

本方案将“源网荷储一体化”项目作为负荷项目考虑,充分发挥“绿电”优势,新能源在负荷侧消纳电量。一体化项目中,拟采用“风光储氢”“风光热储电”等方案,平滑日出力曲线,与负荷曲线趋势一致,实现电网购电功率与区域电网负荷曲线互补,起到辅助调峰作用,便于主网的调控运行。发挥可调负荷的响应能力,通过储能功率的响应,减少电网对负荷的支撑需求。一体化项目与主网连接,必要时受入电网支撑电力,保证负荷供电安全。为保证一体化项目与主网的物理界面清晰,本方案拟通过单点接入到主网;建设一座智慧集控中心,实现一体化项目与主网调控关系清晰,统一调控管理一体化项目内的源、网、荷各元素。

3赋能源网荷储协同互动

3.1落地落实电网布局规划

联合城市规划设计研究院开展电力设施布局规划编制工作,加强网源协调发展,构建适应新能源发展的电网远景网架,扎实开展项目选址、选线;积极与市规划局沟通对接,落实变电站站址和线路廊道保护措施,将电网规划变电站及线路廊道纳入国土空间规划体系。

3.2主配一体化系统的实施路径

在地调本地,主网应用和配电网应用基于同一的数据库和支撑平台进行快速和大量的主配网数据交互,并结合省调云端部署的检修计划数据,实现主配一体化监视、一体化分析以及一体化控制。主网监视模块向配电网监视应用发送主网量测及事故信号,配电网监视依据主配一体的电网拓扑分析和主配一体方式计划运行数据,实现主配一体的供电范围、供电路径以及线路合环着色。配电网分析依据实时运行数据,进行主配一体转供路径分析,对存在负荷失电风险的母线及相关路线发出警告,同时提供一体化调控策略和分析结果,并将命令传输至故障处置应用执行。配电网故障处置应用利用主配一体的潮流计算和负荷转供功能,自动分析设备故障后的故障诊断分析结果,并提供停电恢复方案,实现输配协同的故障预案在线编制、预演校核、事件匹配推送和断路器操作序列的一键控制。主网分析依据配电网量测、转供策略、事故信息以及云端检修计划的相关数据,实现主配一体的潮流计算、灵敏度分析、可用输电能力分析、安全约束调度,为充分考虑配电网源网荷储对主网调度运行决策的影响。主网自动控制基于馈线控制、分布式电源控制等数据,并获取实时断面限额、灵敏度、优化信息和越线调整信息计算常规机组发电和电压控制目标,并优化新能源有功功率自动控制目标和网源荷储有功功率协同控目标。

3.3推行业务融合模式

供电公司依托“全能型”供电所建设,将电能替代、需求响应等业务与传统营销业务“末端融合”,在开展客户办电等传统业务时,积极向客户宣讲电能替代、需求响应的重要意义,推介成功案例;“网上国网”“绿色国网”等线上平台主要服务居民客户,供电所网格员、台区经理点对点服务中小企业客户,让绿色用能、智慧用能的理念和方式逐步深入人心。

结束语

构建新型电力系统,以人工智能技术赋能源、网、荷、储全要素协同互动,将有力推动我国能源转型变革和国家“双碳”目标实现。人工智能技术是实现源网荷储协同互动的核心支撑技术。人工智能技术,其特点与源网荷储各要素协同痛点相对应,能够提升优化建模对不确定性的拟合表征能力,提升系统对运行风险的辨识响应能力,提升系统在多要素、高自由度、开放条件下的优化调度计算能力,进而实现服务于系统运行优化的动态演化协同建模,提高系统安全稳定运行分析效率,助力复杂优化问题的求解。

参考文献

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