跨界思维在能源互联网中应用的思考与探索

2020年中国电机工程学会年会跨界思维跨界思维3百度百科：所谓跨界思维(TransboundaryThinking),就是大世界大眼光，用多角度，多视野的看待问题和提出解决方案的一种思维方式。释义为：交叉、跨越。最难：跨越的不是技能之界，而是观念之界。·进一步提高可再生能源占比难度大，能源生产不可持续(煤炭高占比，可再生能源消纳)·综合能耗居高不下(单位GDP能耗),设备利用率低(增收节支压力持续加大)云大物移智链“互联网+”云大物移智链交通国防交通农业“电力+”供热供热建筑工商业建筑6提纲初步探索简单集成不够，需要真正的跨界思维，需要行业的深度融合，需要实质性的学科交叉。(1)跨不同能源行业之界(2)跨电力与工业用户之界(3)跨电力与交通之界(4)跨能源与信息之界(5)跨技术和市场之界智能电网燃气锅炉燃气锅炉:商业:商业开采发电厂电开采厂燃气机组荷电储首电储热储电储气储9●各能源网建模和分析的学科基础不同p=RTpG=pvA电网气网热网数学形式不统一，物理机理差异大，学科交叉融合困难●间歇式可再生能源消纳(激发气/热/冷的慢动态),现有适用于小规模园区的基于差分法的动态模型和稳态HUB模型，无法满足大规模系统在线计算的实时性等要求◆北京燃气发电装机容量近90%,天然气管道超2.8万公里北京8个大型热电联产热电厂，集中供热面积6.3万平方公里分布参数时域电路分布参数时域电路从到从到从【分布参数】到从【时域】到【频域】参数】相量参数】端口等值数学上：(代数化的过程)(代数化的过程)关于一维空间与时间的偏微分方程组统一能路理论统一能路：推演方法论流体力学热力学电磁学集总参数频域能路物理上：场方程质量守恒方程动量守恒方程分布参数流体力学热力学电磁学集总参数频域能路物理上：场方程质量守恒方程动量守恒方程分布参数频域能路抽象能路元件端口等值傅里叶变换抽象能路元件端口等值傅里叶变换热阻/热感/热容吉能量守恒方程电磁场方程关于一维空间与时间关于空间的代数方程组的偏微分方程组常微分方程组(代数化)关于三维空间与时间关于一维空间与时间关于空间的代数方程组的偏微分方程组常微分方程组(代数化)的偏微分方程组统一能路理论应用有限元计算时间：5.06s计算速度提升2个数量级以上显著提高了量测冗余度，追踪动态，适应数据质量低的场景在精度相当的情况下，基于能路的优化模型规模小，求解速度快2个数量级以上.时域吉林示范：大型供热系统+清洁风电消纳(2016年)通过热电联合优化，利用城市热力管网慢动态，减少弃风电量8399万kWh,同比减少弃风12.65%。相当于节约标准煤27756吨，减少二氧化碳排放约7.3万吨。示范工程覆盖：示范工程覆盖：口长热集团2000万平方米供热面积口大唐长春热电二厂、华能长春热电四厂6台热电联产机组，共计1420MW装机容量□8座风电场，共计1288MW装机容量□2座储热式电采暖供热站，共计46MW容量进③9行控制系95小国88广州从化明珠工业园北京北科产业园(现有小区智慧化广州从化明珠工业园北京北科产业园(现有小区智慧化)B位于广州从化聊工业西.B位于广州从化聊工业西.占地55.7平方干米以工业负得力主，2016年最大电负荷34.5MW,年电负膏1.6Z冷负菜15MW项日目标；示范园区可再生规原矿容里不低于外电网年净购入电量不大于永范区电能重求总量925%。夏20%以上有通与6个多元用户(企业、学院等)2018年受邀发表了国际上首篇IEMS论文uu个新的研究方向”rectionoftheDHNoperationandoptimizationbyexploitingstoragecapabilityforbothflexibleoperationprespresflowinrealapplicatioflowinrealapplicatioi禁社会产生深远影响”(2)跨电力与工业用户之界电网需要更多资源进行调峰、可再生电网需要更多资源进行调峰、可再生能源消纳、安全运行控制等希望降低用能成本，保障安全可靠生产，但缺乏资金、技术，大量灵活性资源没有被利用(城市工业用能占比70.7%)(容量费)流程深入用户内部，了解生产工艺，提供个性化、精细化、专业化的跨界服务(3)用户的积极性低(资金、技术、深入用户内部，了解生产工艺，提供个性化、精细化、专业化的跨界服务(2)跨电力与工业用户之界基于物联网的工业负荷有序错峰控制技术√技术难点：如何在不影响生产工艺与计划前提下，实现多条生产线的匹配实现有序错峰?√创新技术：基于工业物联网，优化各工业生产线启动(延时)时间，使总负荷峰值最低每个生产周期循环调控，设备可随时投入或退出有序，不影响其他设备生产1以延时预测为基础导找最优延(2)跨电力与工业用户之界万力轮胎密炼工艺由11台密炼机组成，其用电占万力轮胎总用电的50%以上，负荷波动明显。在不影响正常工艺流程的情况下，削减峰值负荷2200KVA,每月可减少容量电费12.1万元。1部部持续时间短2持续时间短232典型工艺曲线正常生产1小时的负荷曲线典型工艺曲线·EV的充放电与出行由驾乘用户决定，形成以EV为核心的信息-物理-社群系统道路设施交通网络道路设施社群系统汽车社群系统汽车物理系统驾乘用户行为模式充电设施电力网络充电设施案例：基于充电总时间信号的快速充电导航系统(电力有阻塞，交通也类似)缺乏市场机制，以充电消耗总时间作为导航信号电网控制中心计算可用电网控制中心计算可用TIC,=T+T""+T总时间TTC到站+等待+充电把可节省时间作为激励信息没有用户个人数据上传通信息驾驶+等待+充电交通约束交通约束资源约束电网约束√综合考虑电网、交通和资源约束√使用TTC激励保护用户隐私GuoQ.XinS,SunH,etal.Rapid-chargingnavigationofelectricvehiclesbasedonreal-timepowersystemsandtraflicGuoQ.XinS,SunH,etal.Rapid-chargingnavigationofelectricvehiclesbasedonreal-timepowersystemsandtrallicdata[J].IEEETransactionsonsmartgr(3)跨电力与交通之界Noarost8Noarost8“√与只考虑最小距离的导航策略相比提升明显“随着先进信息技术在能源系统中的应用，信息系统与物理系统存在着深度的耦合，是典型的信息物理系统(CPS)电力通信网的骨干网基于光纤复合架空地线(OPGW)与输电线路在网架结构上有高度的一致性极端天气引发倒塔导致信息物理耦合故障，如受台风影响，厦门进岛光纤与输电线路同时发生中断。度的耦合随着先进信息技术在能源系统中的应用，信息系统与物理系统存在着深度的耦合，是典型的信息物理系统(CPS)改变能量流——难!改变信息流——易!改变能量流——难!改变信息流——易!电力通信网的骨干网基于光纤复合架空地线(OPGW)与输电线路在网架结构上有高度的一致性极端天气引发倒塔导致信息物理耦合故障，如受台风影响，厦门进岛光纤与输电线路同时发生中断。度的耦合[1]L.Xu,Q.Guo,T.Yang,andH.Sun."RobustRoutingOptimizationforSmartGridsConsiderigCyber-Physical基于信息-能量流模型，定义信息的要的信息分配到更可靠的链路上面向电力通信网传输层业务，基于考虑信息物理耦合的电力通信网鲁棒优化模型信息流-能量流模型信息流-能量流模型f(z(N+1).C·F(①·ax(N)),D(N+1信息流能量流(时序离散化潮流)传输网电力通信网链路的关联部分保护负荷度指标Ej优化传输网路由方式以降低高风险区域的负荷物理侧故障对应场景的负荷场景集S调整量LS®子站k业务的关联负荷度指标lkCPS视角[1]L.Xu,Q,Guo,T.Yang,andH.Sun."RobustRoutingOptimizationfoo传输网“1+1”路由方式优化结果o传输网“1+1”路由方式优化结果8★mmeco2如味口通信网负荷关联度对比优化前优化后黑色虚线圈内为高风险区域优化前该高风险区域内存在较高的“热值”——负荷关联度高优化后可降低高风险区域内的负荷关联度，降低灾害带来的损失，提高□N-2扫描下子站可达性对比43(5)跨技术与市场之界·跨界涉及多行业多主体，如何可持续?需要市场机制。虚拟电厂案例：·与冀北电网公司合作，建成了首个国家能源局批复的市场化运营的虚拟电厂示范工程。·共接入5地区、11类可调资源、总容量约16万千瓦，实现了信息-能量-价值多层级融调度调度中配9商W40000kw),电汽车充电站816kW(5)跨技术与市场之界·冀北虚拟电厂投运以来，累计调节里程785.33万千瓦时，日调节里程最高达到16.28万千瓦时，促进了新能源消纳，参与调峰辅助服务市场运营容量8万千瓦，总收益约160.35万元，其中运营商总收益132.75万元，用户总收益27.6万元，度电收益204元/MWh,日最大收益为8.78万元。冀北虚拟电厂示范工程运营情况检6o4皿煤(MMh)0-收盐(元)(5)跨技术与市场之界andFunctionalRequirements(架构与功能要求)和IECTS63189-22020年10月27日，中国电机工程学会在北京组织召开了“面向能薄互联网的虚拟电厂聚合请控与共享运营关健技术及应用”项自技术鉴定会，签定委员会听取了项目的工作撮告，技术报告，潮试摧告、经济效益分析报告、应用振告和科技查新报告，审阀了相关技术贤科。经质询、箐疑和讨论、形成鉴定盘晃如下：1、操交的鉴定材料充整、规范，符合鉴定要求。2.项目紧密结合全璋能源转型趋势建立了“信息-能量一价值”融合的虚拟电厂运行体系，改克了虚拟电厂体熟紫构与标准冠题。对象楼人与安全通信。贷游建模与犹化诣控。互动优化与市场运营等方面的关键难题，建设了国内首个基子电力市场环境的虚拟电厂踪吾示范项目，实瑰了电网灵活调控能力提升、新能源高效清纳，用户多元化收楚等重要效益、项目主要创新点如下：(1)提出“倍息-能量价值”多层级融合的虚拟电厂标准化架构体系，提出了IC虚拟电厂用侧技术标准，填补了国际空白.具有重要的引颁与示范意义：在基于该架构体系的冀北虚拟电厂示燕工程中，具备商效接纳用户偶海量异质主体主动参与系维运行与市场运营的能力、实现了互动双赢的价值挖据，推动了传统电网向能源互联网的转型发展，(2)提出马子D29(