面向分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺的特性與關(guān)鍵技術(shù)

2018-01-08 09:55:23 來源:電氣應(yīng)用　點擊量：評論 (0)

分布式能源不僅包括風電、光伏、儲能和冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，還將包括氫燃料電池和鋰動力電池等發(fā)儲一體化系統(tǒng)，具有負荷微量化和碎片化的趨勢

分布式能源不僅包括風電、光伏、儲能和冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)，還將包括氫燃料電池和鋰動力電池等發(fā)儲一體化系統(tǒng)，具有負荷微量化和碎片化的趨勢，在集成應(yīng)用于能源網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)點，即提高低碳或無碳能源的利用率，促進能源生態(tài)的綠色化，同時大規(guī)模接入的間歇性和波動性會對電網(wǎng)運行和電力交易造成直接的沖擊，影響電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；另一方面，大量的分布式能源并網(wǎng)在不受精確控制的情況下，會造成能源系統(tǒng)不可控制、運行效率低下，甚至危害能源網(wǎng)絡(luò)安全，因此，以微電網(wǎng)（Micro-Grid）的形式引導(dǎo)分布式能源在用戶側(cè)就地消納，實現(xiàn)智能化的實時管控，形成有助于高比例、高效能和高兼容的分布式能源應(yīng)用的智能微電網(wǎng)應(yīng)用，隨著經(jīng)濟和社會發(fā)展對綠色能源需求的不斷增長，且便于實現(xiàn)多種能源形式的互補而越來越受到重視。

隨著能源低碳化與供需一體化，加之能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷演進，分布式能源系統(tǒng)將漸趨成為未來主要的能源運行方式。對于我國主要以傳統(tǒng)化石能源和集中式規(guī)模化新能源業(yè)務(wù)為主的能源企業(yè)來說，發(fā)展分布式能源是值得高度關(guān)注的重要戰(zhàn)略方向，應(yīng)積極開發(fā)面向基于分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺相關(guān)技術(shù)與商業(yè)解決方案，這對于大型能源企業(yè)自身的綠色轉(zhuǎn)型升級以及應(yīng)對全球能源變革都具有重大意義。

智能微電網(wǎng)云平臺技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀

面向分布式能源的智能微電網(wǎng)旨在實現(xiàn)中低壓配電系統(tǒng)層面上分布式能源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式能源無縫接入和并網(wǎng)運行時的主要問題，同時要具備實時高智能的能量管理功能，有效降低系統(tǒng)運行人員的調(diào)度難度，并提升可再生能源的接入能力。這就要求智能微電網(wǎng)云平臺系統(tǒng)，包括交互云、數(shù)據(jù)云等，能夠承載幾何級數(shù)增長的連接設(shè)備數(shù)，具備高速多線程的大數(shù)據(jù)處理能力。隨著國內(nèi)外在智能微電網(wǎng)理論與實踐方面的研究不斷累積，基于云計算技術(shù)的快速發(fā)展，對微電網(wǎng)云平臺的技術(shù)研究也在快速演進。

國內(nèi)能源行業(yè)內(nèi)已經(jīng)提出了多種云平臺建設(shè)方案或類似計劃，包括國家電網(wǎng)公司的SG186與國家電網(wǎng)企業(yè)資源計劃（SG-ERP）、南方電網(wǎng)公司的基于SOA的企業(yè)級信息系統(tǒng)等。在IT產(chǎn)業(yè)界，包括Goole、MicroSoft和IBM等在內(nèi)的許多大企業(yè)投身于云計算的研究與實踐，并推出了一系列的云計算平臺，包括AmazonElasticComputeCloud、GoogleAppEngine、SunGrid和Aneka等。在學術(shù)界，也有研究者開始探討云計算技術(shù)在能源中的應(yīng)用前景。

目前的云計算技術(shù)在智能微電網(wǎng)中的研究及應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下三個方面。

1）多源異構(gòu)數(shù)據(jù)源的集成與管理。在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，存在熱/電/冷聯(lián)產(chǎn)發(fā)電、內(nèi)燃機組發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電、小型水力發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電和氫燃料電池等多種能源應(yīng)用系統(tǒng)與不同的應(yīng)用平臺，由于其應(yīng)用的不同以及軟硬件提供商、開發(fā)商不同，導(dǎo)致能源數(shù)據(jù)資源分散，并呈明顯的異構(gòu)性，很難實現(xiàn)共享。云平臺利用虛擬化技術(shù)使不同的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用等資源抽象成服務(wù)形式，清洗各自差異，統(tǒng)一對外提供服務(wù)。

2）海量數(shù)據(jù)的分布式存儲與管理。利用分布式存儲方式，采用BigTable等技術(shù)，實現(xiàn)云計算在智能微電網(wǎng)中對各類能源數(shù)據(jù)的海量級別可靠存儲、實時分析處理以及高效管理。

3）快速的微電網(wǎng)系統(tǒng)并行計算與分析。利用云計算平臺高性能的并行處理及運行能力，實現(xiàn)智能微電網(wǎng)中多能互補及供需匹配策略的高效計算與分析。國內(nèi)外已有多個微電網(wǎng)示范工程，建設(shè)了基于云計算技術(shù)的智能管控平臺，根據(jù)任務(wù)的信息采用適當?shù)牟呗园巡煌娜蝿?wù)分配到不同的資源節(jié)點上去運行。由于云計算平臺的基礎(chǔ)設(shè)施具有異構(gòu)性和動態(tài)性等特點，這就對網(wǎng)格的任務(wù)分配策略提出了嚴峻的考驗，低效的任務(wù)分配策略勢必會增加任務(wù)的執(zhí)行時間，降低整個云計算系統(tǒng)的吞吐量。針對智能電網(wǎng)中不同類別的任務(wù)調(diào)度，如何高效地分配利用分布式資源，尚需要一些有效的調(diào)度算法。

國內(nèi)外已有多個微電網(wǎng)示范工程，建設(shè)了基于云計算技術(shù)的智能管控平臺，根據(jù)任務(wù)的信息采用適當?shù)牟呗园巡煌娜蝿?wù)分配到不同的資源節(jié)點上去運行。由于云計算平臺的基礎(chǔ)設(shè)施具有異構(gòu)性和動態(tài)性等特點，這就對網(wǎng)格的任務(wù)分配策略提出了嚴峻的考驗，低效的任務(wù)分配策略勢必會增加任務(wù)的執(zhí)行時間，降低整個云計算系統(tǒng)的吞吐量。針對智能電網(wǎng)中不同類別的任務(wù)調(diào)度，如何高效地分配利用分布式資源，尚需要一些有效的調(diào)度算法。

近年來，啟發(fā)式智能算法成為任務(wù)調(diào)度問題的一個主要研究方向，經(jīng)典啟發(fā)式算法主要包括Sufferage算法、Min-min算法、遺傳算法（GeneticAlgorithm，GA）和模擬退火（Simu-latedAnnealing，SA）算法。同時，用經(jīng)濟模型來刻畫能源資源的供求關(guān)系也逐漸得到廣泛的利用。澳大利亞的Buyya在計算經(jīng)濟體系結(jié)構(gòu)（GridArchitectureofComputationalEconomy）下提出了一種DBC（DeadlineandBudgetConstrained）調(diào)度算法。與傳統(tǒng)的啟發(fā)式算法不同，在該算法中，任務(wù)的計算費用也作為一個重要參數(shù)被考慮進來，并根據(jù)不同的側(cè)重點分為時間最優(yōu)化、費用最優(yōu)化和保守時間最優(yōu)化等，分別以任務(wù)的計算時間和計算費用作為主要目標進行優(yōu)化。

除了云計算平臺中需要解決的多源能源資源集成優(yōu)化、資源虛擬化和云計算服務(wù)架構(gòu)選擇等基本關(guān)鍵問題之外，對于智能微電網(wǎng)的特定要求與特點亦不容忽視，同時對智能微電網(wǎng)云平臺的高效調(diào)度和自愈性問題也是當前應(yīng)用研究的關(guān)鍵所在。

智能微電網(wǎng)的智能化關(guān)鍵就在于系統(tǒng)多任務(wù)的協(xié)同高效調(diào)度，對實時計算資源的要求與依賴日益提高。在面向分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺中，云端所要調(diào)度的任務(wù)環(huán)境是面向各類分布式能源及其相關(guān)應(yīng)用。因此，為適應(yīng)智能微電網(wǎng)云平臺環(huán)境中的動態(tài)性、實時性以及安全性要求，需要結(jié)合已有的各種研究成果，分析各種調(diào)度算法的優(yōu)點與不足，研究動態(tài)的、面向分布式能源的任務(wù)調(diào)度算法。綜合來看，云平臺技術(shù)在智能微電網(wǎng)中的應(yīng)用研究仍尚處于探索階段。

面向分布式能源的智能微電網(wǎng)平臺特性與關(guān)鍵技術(shù)

面向分布式能源的智能微電網(wǎng)的主要特質(zhì)可以歸納為：

①支持多種新能源分布式發(fā)電；

②快速隔離響應(yīng)，對大電網(wǎng)無影響；

③可并網(wǎng)或孤網(wǎng)運行，即插即用，無縫切換；

④具有儲能系統(tǒng)，支持削峰填谷；

⑤高可靠性供電，安全、穩(wěn)定運行；

⑥具有智能、高效的能源管理功能，提高能源利用率；

⑦支持多級微電網(wǎng)；

⑧適應(yīng)我國現(xiàn)有的電力管理體制。

智能微電網(wǎng)云平臺就是通過云計算技術(shù)，針對分布式能源應(yīng)用特點，實現(xiàn)智能微電網(wǎng)上述八個主要特質(zhì)而設(shè)計開發(fā)的云平臺。所謂云平臺，是指提供基于“云”的服務(wù)，供智能微電網(wǎng)管控系統(tǒng)開發(fā)者創(chuàng)建應(yīng)用時采用；開發(fā)人員不必重新構(gòu)建開發(fā)基礎(chǔ)，可以依靠云平臺來快速高效地創(chuàng)建多種新的SaaS應(yīng)用。云平臺的直接用戶是智能微電網(wǎng)的系統(tǒng)開發(fā)者，而不是微電網(wǎng)終端用戶。

智能微電網(wǎng)云平臺的功能特性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）寬幅兼容。接入分布式能源，自適應(yīng)處理技術(shù)。

2）智能監(jiān)測。采用先進的智能化量測、傳感技術(shù)。

3）實時分析。數(shù)據(jù)到信息的高效提升，優(yōu)化運行方式。

4）精準預(yù)測。通過模型仿真和潮流分析，合理預(yù)測和分配電力。

5）敏捷控制。對監(jiān)測狀態(tài)進行有效控制。

實現(xiàn)上述云平臺的功能特性，要求在智能微電網(wǎng)開發(fā)初期就需要做好關(guān)鍵技術(shù)準備。主要的關(guān)鍵技術(shù)分為私有云服務(wù)：提供計算、數(shù)據(jù)存儲等；SaaS云服務(wù)，比如視頻分析、機器學習、數(shù)據(jù)分析、人工智能和區(qū)塊鏈等；TOB定制云業(yè)務(wù)；平臺工具類。

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