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南充西门子总代理商
产品时间:2021-04-21
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如何模拟智能电网

 

开发面向未来智能电网的技术,研究工作仍任重道远。西门子中央研究院的工程师们正在设计相应软件,以期在电力网络中整合各类分布式发电厂。

未来的电网将如何处理来自为数众多的太阳能电站和风电场的波动电量?实事求是的说,无人知晓这个问题的答案。未来电网面临的主要问题包括价格的不确定性和供需的多变性。不过西门子中央研究院的Christian Glomb开发的一款软件对于解决这些问题可能会有所助益。Glomb的软件可对智能电网作为输电网络和通信网络的容量进行模拟。该项目是西门子对“2020软件平台嵌入式系统”(SPES)的贡献。SPES是德国联邦教育与研究部拨款开展的项目,在该项目中,西门子负责模拟德国锡根的一个虚拟智能电网。SPES的初衷是为嵌入式系统开发程序,例如可以安装在设备中并用于管理交通系统或电网的控制软件。

该软件以常规电网模拟为基础,增加了系统组件之间的通信模拟和系统控制功能模拟功能。它囊括电网正常稳定运行所需的所有重要组件和程序。例如,由于通信网络可能是容易出现问题的薄弱环节,那么尽量加强系统在这方面的可靠性就十分重要。

SoEasy能源自动化系统与个人能源代理(PEA)协同工作。这种代理可以自动交易电量和确定价格。

利用关于输电和通信网络、发电厂和电力用户的数据,软件可以预测系统组件的行为。举例而言,在天气晴朗的星期日,光伏电站的发电量会很高,但是企业基本不用电,这种情况下软件可以识别电压何时超过上限,何时需要启动调压变压器来缓冲电涌。“在系统操作之前,软件可以告诉我们系统的预期行为。”Glomb表示。

模拟并未细化到电器,尽管这并非不可行。该软件假设家庭或企业连网点的整体负载曲线。否则,将无法驾驭控制功能的复杂性。Glomb用了一年时间来编写基本模拟程序,随后又用几周时间来构建具体的电网模型。Glomb和维也纳的西门子同事初期构建了奥地利Eberstalzell智能电网的模型。按计划,该电网将于2013年投入运行,它包含150到200个连网点,多达70个光伏电站以及大约同等数量的电动汽车。该模拟软件还可以用于模拟包含数千个连网点的大型电网。

若说到智能电网技术,Wildpoldsried已然率先步入未来。利用光伏、风电和生物质发电设施,这个风景秀丽的德国南部小镇可以生产出三倍于自身需求的电力。在一个名为IRENE的项目中,当地电力公司Allgäuer überlandwerke(AüW)和西门子正在探索智能电网如何应对大量的可再生能源并网发电。AüW技术总监Michael Fiedeldey表示,为迎接新能源时代的到来,智能电网必须提升智能化水平。他呼吁,“与其多建电网,不如发展智能技术。”这不仅可以节省建设新的输电线路的高昂成本,而且还将为AüW带来新的服务商机,开辟新的创收渠道。

该现场试验的核心是西门子开发的一套智能软件系统。这款能源自动化系统叫做SoEasy,它可以创建一个虚拟市场,这样生物质发电厂和光伏电站的运营商可将电力出售给中间商。在IRENE项目中,AüW便是这个中间商。该项目的重点是分布式电厂与电动车并网。系统将优化并网能源(电能、热能和天然气)存储设施的管理,从而避免电网高峰或过载。

上图和下图:研究人员模拟德国Siegen的一个智能电网。

SoEasy借助软件代理运作,它们可作为经纪人,自动交易电量和确定价格。目前有以下几种代理:

PEA(个人能源代理):无论是电力生产者,还是电力用户,连入智能电网的每个设施都将配备这个小装备。它内置一台计算机,并配备与设施通信的接口以及互联网接口。电厂运营商可以通过计算机电力所有者希望出售的电量、出售时间以及能接受的最低电价。PEA每15分钟(也可以设置其他时间间隔)利用Balance Master(平衡仪)进行一次电力交易,并确定价格。

Balance Master(平衡仪):此软件代理安装在电力公司,它可以根据电网的需求决定接受适当的PEA报价,避免电网中出现供不应求的状况。对于与PEA相连的电厂,关于其技术运作和定价策略的详细信息并不会被提供给Balance Master,此类信息仍然掌握在电厂运营商的手中。根据规则,系统可以规划未来24小时的交易,但也可以设定更短的周期来参与即日市场交易。

Area Administrator(区域管理员):此代理可帮助电网运营商维护网络的稳定性。只有当电压超出上限时,该软件才会进行干预。例如,如果有过多的太阳能电力上网,Area Administrator可以通过向其PEA发送命令调整从其他渠道送入的电量,或者调整配电变压器的变压比。*套Area Administrator即将在Wildpoldsried投入使用。

NTA(网络传输代理):此代理集中收集来自电厂、电表和电网的数据,并在网络运营商的控制室中以可视形式显示这些数据。NAT将这些信息提供给Area Administrator,以便其判断是否需要进行干预。同时,这些信息还将提供给Balance Master,后者据此决定应接受哪份报价才不会致使电网过载。

Energy Police(能源):此代理可确保市场参与方遵循所有的协议,电厂运营商提供其个人能源代理承诺的电能,不得非法私自缩减供应。

个人能源代理进行电量交易。

“IRENE项目的软件代理并不进行真金白银的交易。”西门子中央研究院工程师Michael Metzger博士介绍道。Metzger在该系统的研发过程中发挥了重要作用。“从技术角度上讲,SoEasy能够支持数十万家电厂并网,所以将来它应该可以用于真正的电力市场交易。”

Metzger正与西门子智能电网集团的同事合作,将现场试验的功能与组件转化为西门子的产品和服务。比如,IRENE的某些组件已在其他成功案例中得以应用,其中包括丹麦波尔霍尔姆岛上的一个项目。与此同时,IRENE还利用了西门子中央研究院其他研究项目的技术成果。例如,德国Harz地区的一个类似项目便提供了可以集成和自动实现通信协议的模块。

在Harz项目中,西门子中央研究院的研究人员正在对一个叫做“电力桥”的迷你盒子进行试验。电力桥可以充当一个通信接口,用来支持电网与各类独立的分布式发电厂和电力用户之间的通信。支持的对象包括热电联产厂、燃料电池和游泳池等。但凡是电厂向电网送电的地方,以及可以通过开闭蓄能设施或电力负荷来稳定电网的地方,都有电力桥的用武之地。这些设施可以自动登录到智能电网。“我们借鉴了互联网服务提供商的做法,他们利用自动配置DSL路由器来实现这一点。”嵌入式网络研究小组组长Jörg Heuer表示。

电力桥有两个接口:一个面向电力生产商或电力用户,另一个面向公共电网。电厂运营商告知特定电力桥自身是否有额外的发电量或电力需求。然后,这些数据以所有电厂通用的数据模型形式传输至控制中心。控制中心再通知相应电力桥自身希望接受的额外产量或需求量。电力桥不会收到有关电厂运营商如何完成此订单的相应生产过程的信息。此外,电力桥同样不会了解到电厂运营商的实际运营情况,包括任何仪表数据,也不会了解到运营商的成本计算方式。电力桥也不会成为电厂的直接控制者。相反,它相当于一个网关,可以保护电厂详细运营信息及运营安全,防止外界看到这些信息,同时又可以作为运营商的市场工具,帮助其把当前发电量投向市场。

 

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