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第21章 智能电网的核心框架(5)

这些参与者——发电商、输电设备所有者、电网操作者、交易人员、负荷服务公司以及众多的用户——如果能够清楚了解输电限制对其产生的影响,就能更加有效地规划他们在市场中的活动。一种最新发展起来的用于电力交易的软件CAR(Community Activity Room),就是用一个多边房间来比喻电力市场活动中可能发生的一系列操作,定位阻塞瓶颈、防止阻塞等。CAR概念同样也将输电计划和操作带入了下一代电力系统可靠性评估中,并促进了可靠性和市场效率的整合。

5.分布式能源和存储技术

小型的发电和储能装置分布在电力输送系统中,电力的大规模存储技术为电力工业现在面临的挑战提供了一个有潜力的解决方案,这些挑战包括增强电力输送构架的需求、降低用户损耗等。但是,在实现这些效益的路上仍然存在着许多障碍。

对分布式发电和储能技术来说,最重要的挑战就是如何将这些智能装置无缝地整合进电力输送系统中,然后使用它们改善电力可靠性和电能质量。不管是分布式储能还是集中储能技术都需要面对电力系统固有的效率低下的问题。

6.电力电子控制装置

电力电子控制器可以通过使用高速准确的微处理器为电力输送系统提供控制。

这些控制器能够让电力公司和电力系统操作员引导电能沿着特定的通道传送——意味着电力的物理潮流能够与电能的商业交易相统一。在许多例子中,基于电力电子技术的控制装置可以使电力输送容量增加量达到50%,还能够有效地消除电力瓶颈,扩展电力市场的交易范围。在配电系统中,电力电子转化技术同样能够帮助解决电能质量问题,如电压下降、电压闪变以及谐波等。

7.电力市场设计与模型

为了适应世界范围内电力零售市场的变化,需要有一个基于市场的运营机制来激励市场的参与者,简化电力输送结构扩展的计划,有效地分摊风险以及将用户与市场连接。例如,服务提供商需要一个新的逻辑思路来更好地为电力用户设计零售方案。与此同时,用户需要通过分配和缩减负荷特别是通过电能的预定来帮助策划他们能够参与到市场中的可行方式。市场参与者急需新的方法来管理财务风险。为了确保批发和零售市场的操作效率,一个开放式的数据入口是很重要的。进一步说,为了测试各种批发和零售电力市场设计选项的可行性,需要有电力市场仿真工具来帮助持股人建立一个公正的电力市场。

如果市场进化和批发竞争得以实现,合适的批发市场的设计就显得至关重要。像EPRI的短期电力市场仿真(STEMS)技术就应该在市场规则完善之前得到应用。STEMS是基于EPRI的前沿发展和agent仿真的应用,它们都用来研究电力市场的决策制定。事实上,诺贝尔经济学奖近年来就颁给了这类研究的前沿研究者,这称为试验经济。而使用基于计算机的代理系统来仿真电力市场的决策制定是非常新的技术,其他技术都是使用独立的相似试验。EPRI的STEMS技术给了使用者评估市场决策的能力。它模拟了市场操作员的表现并调查了市场电量、价格波动以及能源充裕度等问题。

8.电气技术创新

电能使用的技术创新是全球经济进程的基石。美国过去50年的GDP增长伴随着能源紧缺度和劳动生产率的增长。能源使用效率的改善也会为环境带来更多的好处。因此,需要在工业电力化、动力系统、室内空气质量的改善等领域发展和采用新技术。

9.客户接口

通信和电力结构一旦被整合在一起,实现电力用户与通信系统紧密联结就要依靠客户接口,它就像一道门将用户和智能设备联系起来。客户接口位于用户居室内部通信网络和外部的广域网之间,可以实现双向通信,并且安全有效地管理通过的信息流。中断检测、实时电价、电能质量管理等服务通过该接口送达用户端。

5.4.3ATO的应用障碍

要实现先进输电运营(ATO),建立完善的电力产业,还需要在研究、设计、相关政策分析等方面克服以下几个方面的障碍:

(1)现有的输电基础设施易受人为失误、不可抗拒的自然灾害和故意的物理和网络攻击的破坏;

(2)基础设施扩展和维护投资滞后,电力需求量却不断增长;

(3)输电基础设施的建设不能满足电力工业需求的增长,而且市场和消费者之间也不能实现良好的连接;

(4)目前的基础设施的供电能力,不能满足社会经济发展对电力高安全、高质量、高可靠性、高效性(SQRA)的需要;

(5)基础设施不能够完全适应新兴技术发展的要求,也不能满足零售电/信息服务的要求。

5.4.4ATO的效益

ATO会带来以下几个方面的效益。

(1)保护设备和数据资源不受人为和自然灾害的威胁。在受到攻击或者破坏时,输电基础设施可以自动、快速地恢复,这也就是电网的“自愈”功能。

(2)可以非常可靠地为需求不断增长的终端用户输送较高质量的电能。

(3)可以给大面积相关的商业企业和消费者提供不间断、实时价格的电能和服务,包括低成本、高价值能源服务,可以刺激经济增长,并且使消费者更好地控制能源的使用和支出。

(4)通过改进现有的基础设施,使电网对环境与社会的影响最小,促进高效能设备和系统的发展和使用,鼓励清洁的分布式能源以及高效的热电联供技术的开发和使用。

(5)提高生产率和经济增长率,降低全社会电能消耗。

5.5先进资产管理(AAM)

用21世纪技术电力系统整合的革命将会成就一个有利于国家的无缝的发电、传输和终端用户整合智能化决策支持系统,这是一个复杂巨系统的决策支持体系。

先进资产管理(Advanced Assets Management,AAM)是通过由点及面覆盖来实现优化的电力系统,并借以确立竞争优势的全企业范围内的解决方案。

5.5.1智能电网的资产

如何进行电网管理的智能化?智能电网要求对电网资产进行全局的管理——将资产管理目标定义在信息化网络的基础上,可以有针对性地管理电网的巨额资产,依靠信息化及其网络实时甄别电网资产的差异化价值。所以,智能电网的资产可以分为关键资产与一般资产。

互联网时代的资产管理是一个全新的领域,它不同于财务管理中的资产管理,而是建立在资产的经济运营与技术基础上的综合管理。电网将通过相关仪表对电厂和电网实时监控,提高对电力供应链全流程安全可靠的控制水平并获得最优运营情境下的经济效益。

然而,基于目前的电力市场规模、社会对电能质量要求和电网经济可靠运行,不论是主动还是被迫的,都要重视以下几点。

你是否知道电网中各个设备在每个时间上的运行状态?

如果知道的话,这些信息应当送达哪些需要的人手里?

他们在什么时候维修和干预资产运行状况?

如何减少对电网资产的损害?

所以,现代电网要能够在电力供应需要和资产需要之间找到一个最佳平衡点,从而使电网安全、高质量、高效益地达到电网经营目标。

1.智能电网的关键资产

智能电网的关键资产是指那些对于电力市场、电网输配电过程绝对必需的设施,这些关键设施必须同时被保护和管理,实行监控的智能决策支持和保护系统连续监测所有相关的参数,当电力系统的状态显着恶化时能够自动使其停机。

智能监控系统必须综合所有必需的监测量,并在运行中判定其状态,并且必须具有在稳态和暂态运行条件下对所有测点进行同步数据采集的能力。实施智能监控的信息监测系统还必须支持将过程数据和设备数据进行识别、关联、判断和决策的能力。

电网资产管理的重要内容是实现资产的自适应和自愈的功能,系统的关键资产应当表现出判断、预警、系统重构的能力,确保电网设备、传感器和监测系统的安装正确和正常运行,这是保证电网资产管理的前提。

电网资产管理将借助一些维护智能电网结构的网络中枢系统,为智能电网提供强有力的支撑。在智能电网的规划阶段,设计有效的数据管理、业务流程和管理手段是十分重要的。其中,数据管理包括时间数据和空间数据。

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