基于儲能系統(tǒng)的綜合能源分布式優(yōu)化控制

陳明輝 孫佳航 劉騰

摘要：隨著能源領(lǐng)域市場化改革不斷推進(jìn)，中國供用能市場已經(jīng)逐步呈現(xiàn)出多元市場主體競爭的格局，傳統(tǒng)能源服務(wù)已難以適應(yīng)新環(huán)境的需求，能源供應(yīng)商的運營重點正普遍向綜合能源服務(wù)的方向快速發(fā)展。本文對基于儲能系統(tǒng)的綜合能源分布式優(yōu)化控制進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：儲能系統(tǒng);綜合能源;優(yōu)化

引言

綜合能源系統(tǒng)被認(rèn)為是未來社會能源的主要承載形式，涉及社會能源生產(chǎn)、輸送、分配、消費環(huán)節(jié)，在規(guī)劃、建設(shè)和運行等過程中，通過對能源的生產(chǎn)、傳輸與分配（供能網(wǎng)絡(luò)）、轉(zhuǎn)換、存儲、消費等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機協(xié)調(diào)與優(yōu)化后，形成的能源產(chǎn)供銷一體化系統(tǒng)。而綜合能源服務(wù)本質(zhì)上是由新技術(shù)革命、綠色發(fā)展、新能源崛起引發(fā)的能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重塑，從而推動新興業(yè)態(tài)、商業(yè)模式、服務(wù)方式不斷創(chuàng)新，其具有客戶需求多、項目點多面廣、技術(shù)類別復(fù)雜、服務(wù)模式多元化的特點。

1基于能源區(qū)塊鏈的綜合能源服務(wù)

1.1基于區(qū)塊鏈的綜合能源服務(wù)模型

綜合能源服務(wù)是一種新型的、可滿足終端客戶多元化能源生產(chǎn)與消費需求的能源服務(wù)方式，其發(fā)展需要結(jié)合現(xiàn)有運營經(jīng)驗，采用新的模式、新的技術(shù)、新的方法來實現(xiàn)新的突破。而區(qū)塊鏈在智能合約、分布決策、協(xié)同自治、拓?fù)湫螒B(tài)、交易監(jiān)管等方面與綜合能源服務(wù)的需求具有天然的匹配性，通過區(qū)塊鏈技術(shù)可以保障綜合能源服務(wù)信息的準(zhǔn)確性、及時性，提高服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)效率。在主從多鏈結(jié)構(gòu)中，主鏈節(jié)點負(fù)責(zé)該業(yè)務(wù)聯(lián)盟鏈上全部信息的發(fā)送與接收，從鏈節(jié)點負(fù)責(zé)本節(jié)點產(chǎn)生信息的上傳與讀取，具體協(xié)商信息暫存在主鏈節(jié)點上并在從鏈節(jié)點上保存，而交易信息永久保存在主鏈節(jié)點上。主鏈節(jié)點為具有大容量存儲、高效傳輸功能服務(wù)器的企業(yè)，其他各企業(yè)、用戶均為從鏈節(jié)點。根據(jù)各企業(yè)是否具有該類型的服務(wù)器以及是否有能力對服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)，確定候選人名單并最終選出主鏈節(jié)點。

1.2能源區(qū)塊鏈的區(qū)塊結(jié)構(gòu)

從鏈區(qū)塊是在業(yè)務(wù)聯(lián)盟鏈中使用的區(qū)塊，其保持原有區(qū)塊容量1Mbit不變，并在原有區(qū)塊頭組成部分的基礎(chǔ)上增加了1bit的緊急度部分。緊急度是區(qū)塊體中信息緊急程度的度量，對于以能源供應(yīng)為首要任務(wù)的綜合能源服務(wù)模式，能源供應(yīng)業(yè)務(wù)的緊急程度最高，而設(shè)備維護(hù)、能效檢測、節(jié)能設(shè)計等派生業(yè)務(wù)的緊急程度其次。因此，在區(qū)塊頭中設(shè)置1bit的緊急度部分，1表示緊急業(yè)務(wù)，0表示非緊急業(yè)務(wù)。主鏈節(jié)點負(fù)責(zé)生成主鏈區(qū)塊并在綜合能源服務(wù)聯(lián)盟鏈中進(jìn)行上鏈與廣播。由于主鏈節(jié)點間有大量的信息交互，為盡可能避免其發(fā)生擁塞，應(yīng)參考傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol，TCP）中的傳輸策略設(shè)置窗口數(shù)n。窗口數(shù)的設(shè)定應(yīng)參考當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)水平與主鏈區(qū)塊與從鏈區(qū)塊的相對大小。若設(shè)置當(dāng)前窗口數(shù)為6，包含非緊急數(shù)據(jù)的從鏈區(qū)塊（區(qū)塊頭中的緊急度為0）添加進(jìn)主鏈區(qū)塊后，主鏈區(qū)塊并不立即發(fā)送，而是等待6個從鏈區(qū)塊添加后一起發(fā)送;若在等待過程中添加包含緊急數(shù)據(jù)的從鏈區(qū)塊（區(qū)塊頭中的緊急度為1）則立即發(fā)送。設(shè)置緊急度和窗口數(shù)既保證了綜合能源服務(wù)系統(tǒng)中信息傳遞的效率，又減少了在信息傳遞過程中發(fā)生擁塞的概率。

2區(qū)塊鏈在能源電力領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)

2.1安全隱私問題

首先，區(qū)塊鏈技術(shù)允許區(qū)塊中的節(jié)點加入自定義信息，只要區(qū)塊被確認(rèn)，信息將不可再更改，但如果在自定義信息中有黑客加入破解信息，整個區(qū)塊將面臨巨大風(fēng)險，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓;其次，隨著我國電力需求的不斷變化，能源系統(tǒng)中的各類主體越來越豐富，電力市場交易方式更加多樣化，區(qū)塊鏈中的節(jié)點數(shù)就會增加，而現(xiàn)有的區(qū)塊鏈場景下整個系統(tǒng)的運行可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定等問題，現(xiàn)有的技術(shù)能否支持現(xiàn)實的需要也值得關(guān)注;第三是賬戶隱私問題，雖然區(qū)塊鏈去中心化的特點解決了主體之間的信任問題，但分布式賬本存在各個節(jié)點的隱私信息會被惡意傳播的風(fēng)險。

2.2效率問題

效率問題也可以說是技術(shù)層面的問題。2012年區(qū)塊鏈支撐的比特幣交易中，每天最高交易量為62000個，對于龐大的電力市場來說效率很低;同時，同步信息的效率也有待提升，各主體的網(wǎng)絡(luò)情況不同，信息的接收時間會有一定誤差，導(dǎo)致交易效率下降。在能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用過程中，市場主體豐富多樣，日交易量龐大，因此對區(qū)塊鏈能源系統(tǒng)的響應(yīng)時間有很高的要求。此外，能源電力市場有許多不確定性因素，區(qū)塊鏈技術(shù)能否迅速識別市場變化，幫助工作人員及時做出正確調(diào)整是關(guān)乎市場穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。

3區(qū)域綜合能源協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1多能預(yù)測

多能預(yù)測包括發(fā)電預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測。發(fā)電預(yù)測面向具有間歇式新能源發(fā)電的區(qū)域，配置相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電的功率預(yù)測功能，根據(jù)發(fā)電資源監(jiān)測數(shù)據(jù)、區(qū)域地理位置的氣候特征、歷史數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報等信息，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對區(qū)域內(nèi)分布式電源進(jìn)行功率預(yù)測。面向冷、熱、電、氣綜合能源的負(fù)荷預(yù)測，包括預(yù)測用能量、最大負(fù)荷、最小負(fù)荷，以及最大負(fù)荷和最小負(fù)荷出現(xiàn)的時間區(qū)間，繪制不同季節(jié)典型日逐時負(fù)荷曲線時，應(yīng)根據(jù)各項負(fù)荷的種類、性質(zhì)分別逐時疊加。

3.2計劃安排

能夠根據(jù)區(qū)域內(nèi)負(fù)荷、能源特性和運行約束條件，通過優(yōu)化計算等方式安排發(fā)電單元的供能計劃、儲能充放電計劃，安排供冷系統(tǒng)/制熱系統(tǒng)運行計劃、負(fù)荷用能計劃、蓄冷蓄熱及放冷放熱計劃等終端用能計劃。

3.3主動孤網(wǎng)

面向具備孤網(wǎng)運行條件的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)，區(qū)域綜合能源協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在不影響安全運行的前提下，應(yīng)能夠在電網(wǎng)發(fā)生故障時，主動使區(qū)域內(nèi)部分電網(wǎng)與外部電網(wǎng)解列進(jìn)行孤網(wǎng)運行，在電網(wǎng)故障消除后，主動恢復(fù)并列運行。

3.4綜合評估

協(xié)控系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)能資源、太陽能資源、氣象資源、水文資源、地質(zhì)資源等監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行資源評估。結(jié)合分布式能源發(fā)電功率預(yù)測、負(fù)荷用電需求預(yù)測結(jié)果以及儲能的充放電能力、區(qū)域供冷供熱負(fù)荷預(yù)測結(jié)果以及儲冷/儲熱的釋放能力等信息，計算得出區(qū)域內(nèi)的未來可調(diào)節(jié)資源上下限數(shù)值。能夠在新能源消納率、清潔能源消費占比、電壓合格率、線路負(fù)載率、綜合能源利用率、供能效率、運行成本、綜合能耗、溫室氣體排放量等方面對區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運行指標(biāo)開展評估。

4區(qū)塊鏈在能源電力領(lǐng)域的應(yīng)用展望

（1）除了區(qū)塊鏈本身的加密，還可以從2個方面來提高安全隱私：在進(jìn)行交易審核時提高加入?yún)^(qū)塊鏈能源交易平臺的標(biāo)準(zhǔn);選擇標(biāo)準(zhǔn)高的硬件設(shè)施，同時進(jìn)行軟件上的優(yōu)化，疊加加密技術(shù)，大力提升非對稱加密技術(shù)里公鑰私鑰的安全性能。（2）未來技術(shù)人員應(yīng)該關(guān)注減少區(qū)塊生成和交易確認(rèn)時間等問題，專注核心技術(shù)的發(fā)展，同時推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，避免外部因素影響區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用。在改善區(qū)塊鏈技術(shù)的同時大力推進(jìn)能源電力領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，為二者的結(jié)合提供更多可能。

結(jié)束語

通過區(qū)域綜合能源協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的建設(shè)，打造面向能源變革的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)，充分利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對源、網(wǎng)、荷、儲等各能源系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)感知能力和互聯(lián)互動能力，以多類能源互補互濟、供需平衡全局可控、能源資源優(yōu)化調(diào)度、電冷熱氣協(xié)調(diào)運行為控制手段，滿足安全可靠、經(jīng)濟高效、綠色環(huán)保的多元化供用能服務(wù)需求。

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