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智能电网设计迈向商用化

发布时间:2016-12-21 13:14内容来源:新电力网 点击:

  美国国家标准技术研究院(NIST)的智能电网概念模型涉及多个“领域”之内和之间的控制和通信。这些领域包括消费者、服务提供商、市场、输电、配电、运营和大规模集中发电。每种控制和通信接口都为电子工程师提供了新的设计机会。

  就大众媒体的理解而言,智能电网主要见于“智能电表”,比如这种电表能让电力公司关掉消费者的干衣机。但事实上智能电网正面临三项挑战:目前相当脆弱的电网急需修复;不管哪里如果想建新的发电厂或铺设电力线,准有许多人出来强烈反对;电能是一种商品,需要像商品一样交易。

  更进一步的因素是,欧盟、中国和美国政府正向智能电网投资数十亿的欧元、人民币和美元,用于研发目前还不存在,或者以上百种不同形式存在而缺乏互操作性必须加以协调的技术。因此技术专家有着很好的机会去开发这些技术,并得到丰厚的回报。

  研究这些技术有助于理解现在大家都在讨论的话题。美国国家标准技术研究院、IEEE能源工程协会(PES)和数百家公司一直致力于制定智能电网方面的标准,这些标准将用来指导工程师设计比电表更高级的真正的智能电网产品。事实上,智能电网的需求大部分存在于信息技术领域:包括有线和无线联网、监视、控制和信息处理。

  本文提到的大部分信息来自145页的“NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 1.0”,这是今年1月19日在美国马里兰州Gaithersburg市IEEE/NIST联合举办的创新智能电网技术会议上发布的标准。虽然这次会议的计划在2009年10月份才启动(参见“IEEE And NIST Smart Grid Conference Hits The Ground Running”),但这次会议还是吸引了约700位与会者参加为期三天的讨论会和技术专题会议。

  正如NIST和其它参与者正在开发的路线图中列出的25个最重要标准(见表)表明的那样,通信已经渗透到了智能电网的各个方面。这份列表主要偏重于信息技术和信息安全。

  概念模型

  为了方便讨论智能电网,在报告中和其它地方详细给出的“概念模型”从各个领域(用户、市场、服务提供商、运营、大规模集中发电、输电和配电)描述了智能电网。该模型还引用了参与者、应用、关联(逻辑连接)和互连(物理连接)。注意其中用到的“参与者”一词,因为它通常指明了需要设计的硬件部分。

  

智能电网设计迈向商用化

  图1:智能电网的基本概念模型。

  表述智能电网概念模型的方法通常是依据领域分层表述,从用户开始,往后回溯到大规模集中发电、输电和发电。有一个非常简单的总体领域布局(图1) (还有代表每个领域的其它图),但这张图没有展示各领域间的依赖关系。另外一张图则表明了智能电网交互(图 2)的复杂性,虽然它繁冗得让人倍感头痛。

  

智能电网设计迈向商用化

  为突出智能电网的革命性变化,接下来将不按各个领域通常的顺序来解释,重点放在运营考虑的财务事项上面,也即意味着从市场开始。

  市场领域

  虽然不是所有人都同意,但市场领域确实是使智能电网具有智能的地方。这是一个商品交易场所,电能和电能期货在这里进行买卖。(例如unlamented Enron公司现在就开展这种业务,但不是实时的。)

  市场领域中的参与者交易价格,新电力,并平衡电力系统中的供需关系。市场领域的分界包括运营领域、发电并提供电能给消费者(发电、输电等)的供电领域以及用户领域的边界。

  制定电能价格这个市场领域的功能使得智能电网超越了跨地区工业控制系统这样一个“简单的”角色。其财务成份使得它在通信方面必须具有可追溯性和可审计性。通信功能必须支持电子商务标准,以获得完整性并得到公众的认可。

  这是一个发展中的技术领域。随着小型分布式能源(DER)提供的能量比重增加,与这些资源通信所允许的时延必须缩短。

  NIST的报告指出,“市场领域中的高优先级挑战包括:价格和DER信号延伸到每个用户子领域;市场规则的简化;扩展集成商的能力;市场信息的所有供应商和消费者之间的互操作性;管理能源零售和批发的增长(和调节);贯穿整个市场和用户领域以及他们相互之间不断演变的价格与能源特性通信机制。

  根据NIST报告中的定义,市场领域的参与者由市场管理者、零售商、集成商和贸易商组成。市场管理者包括批发市场中的独立系统运营商(ISO),或期货市场中的纽约和芝加哥商品交易所(NYMEX/CME)。还有输电、服务、需求响应市场以及基本电力市场。

  “零售商将电能出售给最终用户,未来也许还能在用户之间集成或买卖DER(作为中间人),或将它们推向市场。大多数零售商与贸易组织相关联,从使其能参与批发市场。”报告指出。

  “集成商将较小的参与者(如供应商、用户或节能公司)整合起来,以使分布式资源也能进入大型市场。”报告继续表示,“贸易商也是市场的参与者,包括从事部署、消费和节能的集成商以及其它有资格的实体。有许多公司的主要业务就是购买和销售能源。”

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