能源互聯(lián)網(wǎng)中需求側(cè)資源參與電網(wǎng)控制的邊云協(xié)同技術(shù)研究

潘明明 ，田世明 ，劉宗杰 ，袁金斗 ，陳宋宋

(中國電力科學(xué)研究院有限公司 需求側(cè)多能互補(bǔ)優(yōu)化與供需互動(dòng)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100192；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)寧供電公司，山東 濟(jì)寧 272000)

0 引言

伴隨碳達(dá)峰、碳中和不斷推進(jìn)，大量清潔能源接入電網(wǎng)，終端電氣化水平不斷提升，僅從發(fā)電側(cè)已經(jīng)無力支撐能源互聯(lián)網(wǎng)安全運(yùn)行的調(diào)節(jié)需求，亟需發(fā)掘需求側(cè)資源參與系統(tǒng)調(diào)度。當(dāng)前調(diào)度系統(tǒng)還缺乏針對需求側(cè)資源的常態(tài)化調(diào)控通道，并且由于異質(zhì)多元的需求側(cè)資源具有空間分散性和運(yùn)營主體多元化等特征，如何將其納入到能源互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)度框架之中并實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)是一大難題。目前需求側(cè)資源的快速響應(yīng)大多采用集中控制[1]，也有部分研究采用分散控制的控制方式。集中控制具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但存在投資費(fèi)用高和通信延遲的問題。分散控制響應(yīng)速度快，但響應(yīng)隨機(jī)性較高。此外，電網(wǎng)公司大多將需求側(cè)資源作為一種日前資源進(jìn)行調(diào)度[2]，實(shí)施過程主要是由調(diào)度部門或聚合商對需求側(cè)資源通過優(yōu)化調(diào)度制定控制策略[3]，在具體設(shè)計(jì)控制策略時(shí)還需進(jìn)行多目標(biāo)的權(quán)衡。

本文從研究建立包含可調(diào)負(fù)荷的能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域頻率響應(yīng)模型和電壓控制模型入手，分析可調(diào)負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)壓的機(jī)理，并提出一種能夠適應(yīng)可調(diào)負(fù)荷接入的能源互聯(lián)網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中AGC 和AVC 應(yīng)用架構(gòu)；進(jìn)而研究基于負(fù)荷聚合商的分層分散可調(diào)負(fù)荷控制架構(gòu)和具備邊緣計(jì)算功能的多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元，最后對系統(tǒng)性能進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，為能源互聯(lián)網(wǎng)中需求側(cè)資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)提供了技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 可調(diào)負(fù)荷控制機(jī)理與響應(yīng)模型

1.1 包含可調(diào)負(fù)荷的省級能源互聯(lián)網(wǎng)頻率響應(yīng)模型

能源互聯(lián)網(wǎng)的頻率取決于發(fā)電側(cè)資源與需求側(cè)資源的有功功率平衡。當(dāng)發(fā)電有功出力高于負(fù)荷有功出力時(shí)，頻率上升，反之下降。傳統(tǒng)電網(wǎng)主要針對供給側(cè)資源調(diào)節(jié)來維持頻率穩(wěn)定，只有當(dāng)出現(xiàn)較大的頻率偏差并且無法使其恢復(fù)時(shí)，才有可能觸發(fā)低頻減載或高頻切機(jī)[4]，而低頻減載需要切除一部分負(fù)荷支路，這種方式會引起停電造成用戶投訴甚至帶來安全、經(jīng)濟(jì)損失，而采用負(fù)荷調(diào)節(jié)的方式來實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的系統(tǒng)調(diào)頻控制是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。

按照時(shí)間尺度，可以將頻率調(diào)節(jié)分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和三次調(diào)頻[5]。頻率的一次調(diào)整是由發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)自發(fā)地根據(jù)頻率變化進(jìn)行的調(diào)節(jié)，相關(guān)參數(shù)固定；二次調(diào)整是電網(wǎng)調(diào)度中心通過AGC 程序?qū)Πl(fā)電機(jī)和負(fù)荷的有功功率進(jìn)行控制；三次調(diào)節(jié)也稱為經(jīng)濟(jì)調(diào)度，是通過優(yōu)化方法對發(fā)電廠的功率進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分配。因此，本文重點(diǎn)關(guān)注可調(diào)負(fù)荷在二次調(diào)頻中的價(jià)值創(chuàng)造。AGC 要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)是維持系統(tǒng)頻率與額定值的偏差在允許的范圍之內(nèi)和維持對外聯(lián)絡(luò)線凈交換功率與計(jì)劃值的偏差在允許的范圍之內(nèi)。根據(jù)AGC 控制基本目標(biāo)變量的不同，分為三種控制模式，即FFC、TBC 和FTC，不同控制模式下控制目標(biāo)不同。本文基于FFC 模式展開研究。FFC 模式被稱為恒定頻率控制模式，這種控制模式下AGC 控制區(qū)的目標(biāo)是維持系統(tǒng)頻率恒定，即Δf=0，對聯(lián)絡(luò)線上的交換功率則不加控制。此控制下的區(qū)域控制偏差A(yù)CE 如式(1)所示：

其中B 為區(qū)域頻率偏差系數(shù)，取正值。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷對頻率的控制效果依賴于所實(shí)施的控制策略，控制策略一般都是基于頻率偏差信號Δf 來設(shè)計(jì)的。例如，當(dāng)檢測到系統(tǒng)當(dāng)前區(qū)域的頻率偏差信號Δf 低于某一閾值時(shí)，使一部分可調(diào)負(fù)荷終端關(guān)閉。構(gòu)建考慮可調(diào)負(fù)荷的能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域頻率響應(yīng)模型，如圖1 所示。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域頻率調(diào)節(jié)模型

其中Gen(s)為發(fā)電機(jī)模型的傳遞函數(shù)，與發(fā)電機(jī)的類型是傳統(tǒng)發(fā)電還是新能源發(fā)電相關(guān)。可調(diào)負(fù)荷的調(diào)頻作用等同于在圖1 所示的能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域頻率響應(yīng)模型中額外增加了一條虛擬閉環(huán)控制回路，制定可調(diào)負(fù)荷的控制策略PDR的依據(jù)為影響系統(tǒng)頻率發(fā)生變化的負(fù)荷變化量ΔPd，PDR與ΔPd的符號相反[5]。需要注意的是，可調(diào)負(fù)荷控制策略即需求響應(yīng)策略應(yīng)是由負(fù)荷聚合商協(xié)調(diào)各種需求響應(yīng)終端共同作用的結(jié)果，反映的將是眾多負(fù)荷控制裝置的整體響應(yīng)特性，在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，需要將計(jì)算出的PDR分解至每一個(gè)具體用戶以及每一個(gè)用電設(shè)備。

1.2 包含可調(diào)負(fù)荷的省級能源互聯(lián)網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)模型

能源互聯(lián)網(wǎng)中大量用戶側(cè)分布式電源接入，使區(qū)域電網(wǎng)由原來的單電源輻射線路變?yōu)槎嚯娫垂╇娊Y(jié)構(gòu)，電網(wǎng)潮流發(fā)生改變，傳統(tǒng)的線路電壓下降分布也發(fā)生了改變[6]。

研究分析可調(diào)負(fù)荷對節(jié)點(diǎn)電壓的影響機(jī)理，首先構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域電壓調(diào)節(jié)模型如圖2 所示，假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都具有一定數(shù)量的用戶側(cè)分布式電源，同時(shí)也具有一定數(shù)量的可調(diào)負(fù)荷，能夠?qū)Ψ植际诫娫床⒕W(wǎng)引起的電壓變化進(jìn)行就地調(diào)節(jié)。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域電壓調(diào)節(jié)模型

設(shè)線路首端節(jié)點(diǎn)電壓為U1，由于首端節(jié)點(diǎn)在配電線路中屬于電源點(diǎn)，因此假設(shè)首節(jié)點(diǎn)電壓恒定。設(shè)節(jié)點(diǎn)n-1和節(jié)點(diǎn)n 的電壓分別為Un-1、Un，節(jié)點(diǎn)之間的線路阻抗為Rn-1，n+jXn-1，n，則節(jié)點(diǎn)n 和節(jié)點(diǎn)n-1 間的電壓差可由式(2)表達(dá)。

式中，Pi、Qi為第i 節(jié)點(diǎn)的有功功率與無功功率；為第i 節(jié)點(diǎn)的分布式電源與可調(diào)負(fù)荷的功率，n 為線路節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

從圖2 可以看出，通過對可調(diào)負(fù)荷的合理操作，可以有效調(diào)節(jié)區(qū)域電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓，從而可以減少分布式電源出力波動(dòng)對電網(wǎng)電壓的影響，既可以實(shí)現(xiàn)清潔能源的就近本地消納，也能夠保障能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域平衡自洽。

2 適應(yīng)需求側(cè)資源接入的能源互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 適應(yīng)需求側(cè)資源接入的電網(wǎng)AGC 控制

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展和新能源的大規(guī)模接入，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生了新的變化，不再是傳統(tǒng)的源隨荷動(dòng)，而是源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)運(yùn)行。因此，作為能源互聯(lián)網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的核心應(yīng)用，傳統(tǒng)AGC 應(yīng)用程序需要做出能夠與需求響應(yīng)技術(shù)體系相融的必要增強(qiáng)。

本文提出一種適應(yīng)用戶側(cè)分布式電源和可調(diào)負(fù)荷等異質(zhì)多元需求側(cè)資源接入的能源互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)中AGC 應(yīng)用架構(gòu)，如圖3 所示。在決策層，實(shí)現(xiàn)空間、時(shí)間和目標(biāo)維度的協(xié)調(diào)控制。在執(zhí)行層，基于決策層給出的控制目標(biāo)，是在通過對常規(guī)發(fā)電、新能源發(fā)電和可調(diào)負(fù)荷聚合商資源的優(yōu)化分配調(diào)用后，經(jīng)安全無誤處理后形成控制指令[9]。

升級后的AGC 主要工作流程為：首先，AGC 從SCADA 和用戶處獲取電網(wǎng)實(shí)時(shí)量測數(shù)據(jù)，其中負(fù)荷相關(guān)信息通過需求響應(yīng)終端上傳至負(fù)荷聚合商平臺，再由聚合商平臺接入SCADA，之后，AGC根據(jù)實(shí)時(shí)量測數(shù)據(jù)和當(dāng)時(shí)的交換計(jì)劃、發(fā)電計(jì)劃，在考慮各項(xiàng)約束的同時(shí)計(jì)算出對包括可調(diào)負(fù)荷在內(nèi)的各類資源的控制命令。最后，由SCADA 將控制命令送到各電廠、新能源及可調(diào)負(fù)荷的就地控制器，由就地控制器調(diào)節(jié)機(jī)組的有功輸出功率。

在新能源和可調(diào)負(fù)荷大規(guī)模接入后，將新能源機(jī)組和可調(diào)負(fù)荷聚合商平臺納入?yún)^(qū)域電網(wǎng)的有功調(diào)度與控制框架，應(yīng)采取基于新能源和負(fù)荷功率預(yù)測的“發(fā)電計(jì)劃跟蹤”為主，新能源機(jī)組和負(fù)荷聚合商平臺“直接參與調(diào)頻”為輔(稱為輔助調(diào)頻)的控制原則。適應(yīng)新能源和可調(diào)負(fù)荷接入的電網(wǎng)調(diào)峰/調(diào)頻有功調(diào)度框架如圖4 所示。

圖3 能源互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)中AGC 應(yīng)用架構(gòu)

圖4 適應(yīng)新能源和可調(diào)負(fù)荷接入的調(diào)峰/調(diào)頻有功調(diào)度框架

在日前調(diào)度計(jì)劃和實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃環(huán)節(jié)，以考慮清潔能源優(yōu)先消納為目標(biāo)的統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度技術(shù)已經(jīng)成熟，并得到實(shí)際應(yīng)用，而考慮可調(diào)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的相關(guān)技術(shù)還是空白，需要在實(shí)時(shí)調(diào)度與AGC 銜接環(huán)節(jié)以及AGC 自身控制環(huán)節(jié)中加以完善提升。

2.2 適應(yīng)需求側(cè)資源接入的電網(wǎng)AVC 控制

電網(wǎng)電壓與無功功率關(guān)系密切，對電力系統(tǒng)的電壓控制主要通過控制無功功率的產(chǎn)生、流動(dòng)和消耗來實(shí)現(xiàn)[10]。與以AGC 為代表的有功控制相比，無功電壓的控制相對更為困難，這是由電網(wǎng)電壓的節(jié)點(diǎn)特性不同造成的。而能源互聯(lián)網(wǎng)無功電壓控制在常規(guī)分散調(diào)節(jié)的方式之上，對增加無功資源容量、提升電壓控制能力及控制系統(tǒng)智能化升級更是提出了全新的要求[11]。傳統(tǒng)電網(wǎng)的無功電壓控制采用分層分級的總體框架，具體特點(diǎn)為：一是控制中心內(nèi)橫向協(xié)調(diào)，二是控制中心間縱向協(xié)調(diào)。為了提高電壓控制的可行性和魯棒性，必須能夠?qū)δ茉椿ヂ?lián)網(wǎng)進(jìn)行合理的控制區(qū)域劃分，且需要擺脫對通信通道的依賴性，不同控制區(qū)間相對獨(dú)立[12]。傳統(tǒng)電網(wǎng)的電壓控制通常基于當(dāng)?shù)豍MU 量測量進(jìn)行在線電壓失穩(wěn)預(yù)測[13]，而面向可調(diào)負(fù)荷接入的電壓控制需要對量測方式進(jìn)行進(jìn)一步的本地化細(xì)分，因此，有必要在用戶側(cè)引入邊緣計(jì)算技術(shù)，對以通信功能為主的常規(guī)需求響應(yīng)終端進(jìn)行技術(shù)升級，提升能源互聯(lián)網(wǎng)的分層分區(qū)電壓控制能力。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)需求側(cè)資源調(diào)度控制云邊協(xié)同控制架構(gòu)

3.1 負(fù)荷聚合商的可調(diào)負(fù)荷控制

需求側(cè)資源包括柔性負(fù)荷(空調(diào)、電熱水器、冰箱等)、冷(熱)負(fù)荷(蓄冷空調(diào))、電池儲能、分布式能源(風(fēng)電、光伏、電熱氣綜合能源系統(tǒng))等[14]。這些需求側(cè)資源所屬運(yùn)營主體多元化、行為特征差異大、控制方式及調(diào)節(jié)能力各異，是一種典型的復(fù)雜主體。通過前兩節(jié)的分析，需求側(cè)資源實(shí)現(xiàn)頻率控制一般通過調(diào)節(jié)需求側(cè)資源有功功率實(shí)現(xiàn)[15]。如控制溫控設(shè)備的開斷和設(shè)定溫度等，電壓控制不僅可以通過調(diào)節(jié)有功，也可以通過調(diào)節(jié)無功來實(shí)現(xiàn)。在能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域調(diào)度層面，需要能夠給出參與調(diào)度的傳統(tǒng)發(fā)電、新能源以及可調(diào)負(fù)荷的調(diào)度計(jì)劃[16]；而要分解到每一個(gè)負(fù)荷上，還需要負(fù)荷聚合商的參與。負(fù)荷聚合商能夠?qū)Υ罅恐行⌒拓?fù)荷進(jìn)行資源整合，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度與控制，以充分挖掘負(fù)荷側(cè)資源并實(shí)現(xiàn)最大化經(jīng)濟(jì)效益。

可調(diào)負(fù)荷在參與聚合商需求響應(yīng)的過程中，要根據(jù)接收的控制信號做出一系列的響應(yīng)，根據(jù)控制信號的決策位置，可以將可調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)的控制模式分為集中控制和分散控制兩類[17]。其中集中控制是對所轄可調(diào)負(fù)荷統(tǒng)一建立聚合模型，并針對系統(tǒng)負(fù)荷平衡、輸電線路上的潮流波動(dòng)等需求進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，并制訂相應(yīng)的控制策略，其特點(diǎn)是可靠性高，可預(yù)測性強(qiáng)，缺點(diǎn)是雙向通信架構(gòu)的投資成本高、有時(shí)延的問題[18]。另一種模式是分散控制，由安裝于用戶側(cè)的智能終端實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)電壓、頻率等因素變化并對負(fù)荷發(fā)布相應(yīng)控制信號。由于分散控制可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果并結(jié)合自身情況迅速做出響應(yīng)，因此可以適應(yīng)調(diào)度系統(tǒng)對電壓調(diào)節(jié)的分區(qū)要求，并且系統(tǒng)靈敏性較高，但由于沒有統(tǒng)一的控制中心，響應(yīng)隨機(jī)性較高，可能存在響應(yīng)不足或過量響應(yīng)的問題[19]。

本文兼顧集中控制的整體協(xié)調(diào)能力和分散控制的自治靈活性，提出一種以電網(wǎng)調(diào)控云平臺為主導(dǎo)、負(fù)荷聚合商協(xié)調(diào)本地邊緣控制進(jìn)行輔助的分層分散式可調(diào)負(fù)荷邊云協(xié)同控制技術(shù)架構(gòu)，在邊側(cè)增加智能計(jì)算能力，使得智能終端可自主感知電網(wǎng)頻率、電壓實(shí)時(shí)變化，自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)狀態(tài)變化和系統(tǒng)控制命令而調(diào)節(jié)負(fù)荷。

3.2 控制系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

能源互聯(lián)網(wǎng)需求側(cè)資源邊云協(xié)同控制系統(tǒng)由三部分組成：部署在省級電網(wǎng)側(cè)的調(diào)控云平臺、部署在聚合商側(cè)的多元負(fù)荷資源預(yù)測控制系統(tǒng)平臺、部署在用戶側(cè)的多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元，此外，還包括分散在各地的異質(zhì)多元需求側(cè)資源。調(diào)控云平臺負(fù)責(zé)收集各方信息并根據(jù)供需狀況對需求側(cè)資源協(xié)調(diào)控制軟件下達(dá)調(diào)控指令，需求側(cè)資源協(xié)調(diào)控制軟件進(jìn)一步分解指令并下達(dá)至主動(dòng)響應(yīng)單元執(zhí)行，主動(dòng)響應(yīng)單元除了執(zhí)行上述指令外還可根據(jù)監(jiān)測的電網(wǎng)頻率及電壓情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的功率調(diào)節(jié)。基于負(fù)荷聚合商的分層分散可調(diào)負(fù)荷控制架構(gòu)如圖5 所示。

在圖5 中，電網(wǎng)調(diào)度部門可以由多個(gè)負(fù)荷聚合商提供資源與服務(wù)，并與其架構(gòu)通信線路，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)頻率或電壓偏差時(shí)，調(diào)度部門將系統(tǒng)需求信息下達(dá)給各個(gè)負(fù)荷聚合商后，負(fù)荷聚合商可以根據(jù)AGC 或AVC 控制目標(biāo)對所轄負(fù)荷下達(dá)需求響應(yīng)策略指令，根據(jù)圖1 所示模型進(jìn)行頻率/電壓恢復(fù)。基于負(fù)荷聚合商的控制模式，雖然能在一定程度上減少調(diào)度部門信號產(chǎn)生及其與負(fù)荷之間頻繁通信的壓力，但負(fù)荷聚合商與可調(diào)負(fù)荷之間需要進(jìn)行信息傳遞和交換，仍然存在著集中控制[20]。而具備用戶側(cè)源網(wǎng)荷儲泛在感知與快速響應(yīng)邊緣計(jì)算功能的多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元，能夠基于電價(jià)、激勵(lì)等多種信號輸入對多元負(fù)荷進(jìn)行主動(dòng)快速調(diào)節(jié)，幫助聚合商按時(shí)按量完成AGC 和AVC 控制目標(biāo)，有效提升需求側(cè)資源參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

3.3 多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元

多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元具有自我感知電網(wǎng)、快速調(diào)節(jié)控制、提高電能質(zhì)量和優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的能力，通過裝置的控制功能和通信功能，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)短時(shí)的有功、無功和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)，并具備邊緣計(jì)算能力，可基于峰谷電價(jià)和經(jīng)濟(jì)激勵(lì)等多種信號輸入，就地調(diào)節(jié)用戶側(cè)多元負(fù)荷，提升需求側(cè)資源參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元采集用戶用電支路的電參量和狀態(tài)，接入新能源變流器及可調(diào)負(fù)荷信息，實(shí)現(xiàn)信息匯總發(fā)送給主站系統(tǒng)。并運(yùn)用內(nèi)部可編程邏輯算法，通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)負(fù)荷、分布式電源或者其他電能質(zhì)量裝置，快速及時(shí)保障區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)電源、負(fù)荷的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖5 基于負(fù)荷聚合商的分層分散可調(diào)負(fù)荷控制架構(gòu)

4 試驗(yàn)分析

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建由磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)、超級電容儲能系統(tǒng)、直流電源+儲能變流器、可編程RLC 負(fù)載構(gòu)成的能源局域網(wǎng)動(dòng)模試驗(yàn)環(huán)境，對多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元參與電網(wǎng)調(diào)度控制的性能進(jìn)行驗(yàn)證，其中磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)和超級電容儲能系統(tǒng)互為備用。采用DEWETRON 3020 精度數(shù)據(jù)測試儀測試功率調(diào)節(jié)精度及動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，檢測多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元控制可調(diào)負(fù)荷來調(diào)節(jié)電壓的能力。

4.1 負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間測試

通過上位機(jī)向多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元下發(fā)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)的有功功率調(diào)節(jié)指令，功率指令分別為2.1 kW、1.1 kW，0.5 kW，0 kW，其功率的波形圖如圖6 所示。

功率的調(diào)節(jié)值為2.1 kW、1.1 kW、0.5 kW、-0.05 kW，遠(yuǎn)程控制響應(yīng)時(shí)間分別是0.6 s、0.4 s 和0.4 s。

圖6 遠(yuǎn)程控制負(fù)荷削減響應(yīng)時(shí)間測試

設(shè)定可編程RLC 負(fù)載投入使母線電壓變化10%，觀察主動(dòng)響應(yīng)單元是否控制可編程RLC 負(fù)載有功變化，直至電壓恢復(fù)到正常水平。

4.2 電壓越上限試驗(yàn)

將多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元的線電壓有效值的額定值設(shè)置為310 V，測試線電壓超出額定值10%時(shí)主動(dòng)響應(yīng)單元通過調(diào)節(jié)負(fù)荷有功的電壓恢復(fù)能力，AB、BC、CA 線電壓有效值和負(fù)荷有功功率的波形圖如圖7 所示。主動(dòng)響應(yīng)單元在線電壓有效值抬升超過額定值10%，即達(dá)到350 V 時(shí)，開始調(diào)節(jié)負(fù)荷有功功率，通過抬升負(fù)荷有功功率消耗，將系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)恢復(fù)到額定值。

4.3 電壓越下限試驗(yàn)

將多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元的線電壓有效值的額定值設(shè)置為350 V，測試線電壓降低超出額定值10%時(shí)主動(dòng)響應(yīng)單元通過調(diào)節(jié)負(fù)荷有功的調(diào)節(jié)能力，AB、BC、CA 線電壓有效值和負(fù)荷有功無功功率的波形圖如圖8 所示。其中負(fù)荷的有功功率由可編程RLC 負(fù)載提供，試驗(yàn)中主要調(diào)節(jié)儲能的無功輸出。主動(dòng)響應(yīng)單元在線電壓有效值降低超過額定值10%，即達(dá)到310 V 時(shí)，開始調(diào)節(jié)儲能無功功率，通過儲能提供容性無功功率，將系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)恢復(fù)到額定值。

圖7 電壓越上限調(diào)節(jié)負(fù)荷有功

4.4 試驗(yàn)結(jié)論

多元負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)單元可分別進(jìn)行遠(yuǎn)程和本地控制負(fù)荷功率，本地控制時(shí)間和遠(yuǎn)程控制時(shí)間滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；具備電壓調(diào)節(jié)能力，在母線電壓變化時(shí)，能夠控制負(fù)荷有功和無功變化，使電壓恢復(fù)到正常水平。

5 結(jié)論

圖8 電壓越下限調(diào)節(jié)負(fù)荷無功

本文針對能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景，研究能源互聯(lián)網(wǎng)中適應(yīng)需求側(cè)資源接入的新型系統(tǒng)控制技術(shù)，研究了低壓可調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)節(jié)的機(jī)理和包含可調(diào)負(fù)荷的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)及電壓調(diào)節(jié)模型，設(shè)計(jì)了用戶側(cè)負(fù)荷控制邊緣計(jì)算單元并進(jìn)行了性能試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上研究了需求側(cè)資源參與能源互聯(lián)網(wǎng)控制的邊云協(xié)同技術(shù)，可以有效降低對異質(zhì)多元可調(diào)負(fù)荷實(shí)施統(tǒng)一管控的理論帶寬需求和時(shí)延[21]，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，滿足能源互聯(lián)網(wǎng)對頻率電壓進(jìn)行分層分區(qū)的控制目標(biāo)。

由于可調(diào)負(fù)荷可能存在于不同級別的臺區(qū)中，也可能存在于同一臺區(qū)中，又由于季節(jié)對居民用戶參與響應(yīng)的負(fù)荷對象有較大影響，并且用戶的響應(yīng)行為存在一定的不確定性，難以配合調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。因此，如何在邊緣計(jì)算單元中結(jié)合負(fù)荷預(yù)測AI 算法[21]，明確快速響應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)潛力的可信容量，是下一步需要重點(diǎn)考慮的問題。