虛擬電廠的數字化難點:重構與創新
最近虛擬電廠的熱度似乎降了一點,畢竟缺乏電力體制的支撐,尤其是市場端的價格信號,虛擬電廠目前還處于商業化的初級階段:投資人很關心、創業者炒概念、盈利能力極其有限,離真正的可持續商業模式還是比較遠。
(來源:魚眼看電改 作者:俞慶)
(資料圖)
從虛擬電廠在客戶側具體的業務實踐來看,除了交易端的政策限制,在技術應用層面,也需要克服數字化的困難。
專變臺區數字化重構,是虛擬電廠的前提
虛擬電廠需要對負荷側的配電系統,尤其是低壓系統進行數字化和智能化的改造。
對于公變臺區,電網企業結合城網農網改造,以及配網自動化的投資,逐步解決10kV及以下的臺區數字化問題。數字化投資非常巨大,這部分成本計入輸配電價回收。
對于虛擬電廠的主戰場——工商業“專變臺區”,也就是在10kV及以下的用戶配電系統(為了便于敘述,參考公變臺區的定義,不妨稱為專變臺區),無論是工廠電氣設計,還是民用建筑電氣設計中,除了基礎的保護、自動化和計量需求,并未充分考慮專業的電氣數字化管理需求,尤其是面向未來的虛擬電廠的應用。
隨著分布式光伏、分布式儲能、智能充電樁、各類智能負荷(尤其是電力電子類的負荷設備,比如變頻器、開關電源等)的大量并網,專變臺區需要進行數字化重構。
對于一個典型10kV專變用戶,從10kV高壓進線開始,到380V/220V各類用電負荷,大致經過4-5個配電層級,比如:用戶變電所-用戶配電柜-集中配電箱-分路配電箱-末端設備,也對應同樣復雜的量測關系。
我們對某商業綜合體進行中低壓電氣系統的計量建模,形成了6級模型,如下圖所示:
與公變臺區相比,專變用戶的配電系統層級,低壓配電系統的拓撲關系、計量關系可能更為復雜。
一般根據經驗,配電層級往下一級,大致的設備/線路數也增加一個數量級,所需的數字化設備和數字化投資也增加一個數量級。
所以一個用戶配電系統中,要實現較為完整的“三遙”信息(遙測、遙信、遙視)采集,上千塊電表&傳感器,幾萬~十幾萬個測點將是非常普遍的事情,對物聯測控系統的性能要求也很高。
同時,參考公變臺區的數字化管理需求,還需要在專變臺區中,建立完整的電氣關系和計量關系數字化模型,也就是在中壓和低壓側實現“營配數據貫通,一致性維護”。
很多人認為只要在主要負荷側裝上電表和控制器,就可以實現虛擬電廠,其實是把這個事情想簡單了。
負荷控制作為電力系統控制的一個應用場景,其本身是需要電力系統的數學模型和控制率做支撐的,比如某個末端負荷的功率曲線與關口功率曲線之間的關系、單一負荷與多級負荷控制關系、儲能調度策略如何適應某一級負荷的變化。
虛擬電廠大部分的控制場景,都不是單點控制,而是多設備、多時間尺度的系統級調控。
這也是為什么“儲能EMS”無法替代“專變臺區級EMS"的原因——因為儲能廠家的EMS只能看到儲能本體的能量信息,而無法獲得用戶配電系統的系統級信息,并對之進行分析和管理。
既然是系統級調控,都需要以電網資產資源模型、電網拓撲模型、電網兩側模型作為支撐,這些系統級模型和實時測控數據,是虛擬電廠在用戶配電系統中落地的關鍵。
如果沒有專變臺區的數字化,無論是儲能的調度運行,還是光儲充的微電網管理,乃至負荷側的需求響應,都缺乏數字化的支撐。
專變臺區數字化模型的建立,是虛擬電廠的前提。
數字化的難點不在技術本身,而在于技術應用
從實現難度看,專變臺區作為配電系統數字化模型的一個子集,無論是數字化硬件、數字化通信協議、自動化控制協議,還是之上的數字化信息模型、數字化管理模型、數字化軟件,都已經有較為成熟的標準和規范。
尤其是以IEC CIM為基礎的對象化模型體系,如IEC61968、IEC62939、乃至自動化的IEC61850 G2,都充分考慮了多業務融合、多源數據統一化、配電系統一致性模型、微網設備互操作,以及電力市場交互、虛擬電廠應用場景等需求。
目前最大的難點在于這一數字化模型體系如何在專變用戶中落地,原有民建電氣數字化相關的設計規范和自動化技術,遠遠落后于虛擬電廠和微電網的需求,而電網側的配電數字化規范和體系,雖然先進且符合需求,但過于昂貴無法在專變臺區中落地。
所以如何適應性的創新出一套既滿足虛擬電廠負荷側管理需求,能夠靠近電力系統對象化模型的,又能解決現有大量存量配電系統重新進行專變臺區的數字化重構,并廣泛接入遺留自動化系統(建筑自動化BA、工廠自動化FA)信號的數字化系統。
這是一重技術挑戰。
另一重商業挑戰是:如何在商業上說服客戶,先去進行這一次重構,而不是等著依賴虛擬電廠本身的交易價值去完成重構,這是解決虛擬電廠“先有雞,還是先有蛋”的問題。
從目前來看,幫助工商業客戶建立專變臺區的數字化能力,已經可以產生出足夠的管理價值,比如發現電費漏洞、找到跑冒滴漏、確定電氣安全隱患。
這些價值也足夠彌補數字化投入,并為后續的資產投資(光儲充),交易優化(虛擬電廠參與輔助服務)做好準備。
最重要的是,通過數字化服務,可以建立起客戶的粘性和信任關系,這也是未來負荷側管理和交易的商業基礎——當你不理解客戶負荷,客戶也不信任你的時候,裝再多的傳感器和軟件,也是白搭。
所以,作為最后一公里的專變臺區數字化,是虛擬電廠的技術基礎和管理基礎,只不過這件事太難,發電企業和電網企業都沒動力,也沒能力去做,熱衷于關系型營銷的售電公司、新能源投資企業和設備企業也不愿意做。
這需要在技術上和商業模式上的雙重創新。
因為難,所以才是未來市場稀缺的資源:得客戶者得天下、得數據者得天下。
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