“日前現貨交易模擬出清曲線已生成，平臺按照既定負荷分解算法完成虛擬電廠域內可調節(jié)資源出力指令一次分解，預估負荷指令跟蹤偏差在3%以內。”6月20日，山西電力科學研究院研究員程雪婷和國網信息通信產業(yè)集團有限公司研發(fā)工程師徐哲男緊盯運控大屏的監(jiān)測數據，共同完成了驗證算法有效性的虛擬電廠仿真實驗操作。這是山西電科院和國網信通產業(yè)集團合作打造能源互聯網“大科學技術裝置”、助力新型電力系統(tǒng)源網荷儲協(xié)同互動的一項具體實踐。
山西電科院長期圍繞山西省能源互聯網戰(zhàn)略性、基礎性和前瞻性發(fā)展開展研究，2021年起聯合國網信通產業(yè)集團打造能源互聯網科研實證平臺——能源互聯網“大科學技術裝置”，共同探索能源互聯網與新型電力系統(tǒng)建設路徑，加快“雙碳”目標在山西落地實現。
錨定方向，探索數字化技術助力山西能源發(fā)展新路徑
山西是我國煤炭大省和能源重化工基地，能源革命綜合改革與“雙碳”目標實現任務艱巨。目前，在能源互聯網領域，山西仍相對缺乏支撐能源革命和“雙碳”目標落地的技術密集型重大科研基礎設施。作為國內能源革命綜合改革試點省份，如何加快構建能源互聯網與新型電力系統(tǒng)、探索適應山西特點的“雙碳”目標實現路徑，是山西省面臨的一大考題。
在此背景下，山西電科院主動聯合在能源數字化領域具有技術優(yōu)勢的國網信通產業(yè)集團信通研究院、北京中電飛華通信技術有限公司，以探索能源數字化助力能源互聯網與新型電力系統(tǒng)建設為目標，建設以電為核心的能源互聯網科研實證平臺——能源互聯網“大科學技術裝置”。
該項目依托山西太原智慧能源互聯網示范工程，于2021年8月底啟動建設，旨在打造能源互聯網山西省域示范區(qū)試驗基地的科研重器。目前項目整體進入收尾階段。
能源互聯網科研實證平臺由能源網架層實證系統(tǒng)、數字全景實證系統(tǒng)和價值平臺系統(tǒng)三大部分構成，依托能源數字化手段，構建綠色、柔性、低碳的能源系統(tǒng)，實現物理層能源系統(tǒng)和裝備的柔性可調與協(xié)同融合，面向新型電力系統(tǒng)源網荷儲互動、零碳等技術需求，開展能源互聯網科研、實證和示范。
聯合攻關，打造融合研究與實證功能的能源互聯網科研實證平臺
近幾年，山西電科院分階段建設了分布式新能源發(fā)電、多類型充電樁、多類型儲能、交直流混合微網等實驗裝置或系統(tǒng)。雖然這些單套實驗系統(tǒng)能夠滿足定向實驗需求，但彼此之間由于設備廠商不同、型號差異以及建設時序不一致，難以協(xié)同開展能源互聯網相關研究實驗，實驗價值無法發(fā)揮到最大化。
智慧能源管控系統(tǒng)是貫通能源網架層實證系統(tǒng)、數字全景實證系統(tǒng)和價值平臺系統(tǒng)三大部分、支撐能源互聯網科研實證平臺運行管理的智慧中樞。智慧能源管控系統(tǒng)綜合利用5G通信、邊緣計算、人工智能等數字化技術，將能源網架層的實驗裝置及系統(tǒng)有機整合為一個統(tǒng)一的整體，形成了滿足虛擬電廠、光儲直柔、有序充電、能源仿真等多業(yè)態(tài)場景的能源互聯網“大科學技術裝置”。
“我們提出了積木式實驗場景理念，可根據實驗需求將不同設備靈活組合成實驗系統(tǒng)，開展自定義場景的實驗研究。如果說常規(guī)的系統(tǒng)集成能夠發(fā)揮實驗裝置‘1+1>2’的功效，那么能源互聯網科研實證平臺依托積木式場景建設理念，有望達到更大的功效。”山西電科院副院長王金浩介紹。
整合多類型實驗裝置并不像常規(guī)意義上的系統(tǒng)集成那么容易。山西電科院的多名專家、專責會同國網信通產業(yè)集團信通研究院和中電飛華的研發(fā)工程師們，克服疫情影響，以“現場+遠程”的工作模式，連續(xù)奮戰(zhàn)多月，共同攻克了多元設備信息模型標準化與信息融會貫通、虛擬電廠平臺“研究態(tài)”技術框架設計、多能潮流-碳排放流聯合仿真與追蹤分析等關鍵技術，形成了一系列產品級的研發(fā)成果。
智慧能源管控系統(tǒng)下的虛擬電廠精準調控仿真與實證平臺創(chuàng)新性地融合了“運行態(tài)”和“研究態(tài)”兩種工作模式，針對虛擬電廠參與現貨交易等尚未成熟的技術熱點難點，設計了支持全環(huán)節(jié)算法自定義、歷史交易模擬推演與回溯分析的平臺框架，可為山西電力現貨交易市場虛擬電廠業(yè)務提供研究平臺支撐。
“我們?yōu)檠芯咳藛T在虛擬電廠業(yè)務流程的一些關鍵環(huán)節(jié)提供了可自定義的實驗功能，其中有些環(huán)節(jié)甚至提供了允許研究人員錄入算法源代碼的窗口，把原本黑箱化的后臺算法轉變成前端可編程模式，有效提升了該平臺的實驗效能，在模式和工程應用上均實現了創(chuàng)新突破。”國網信通產業(yè)集團信通研究院院長趙永生介紹。
此外，新能源功率預測算法理論研究往往與實際工程應用出現較大脫節(jié)，構建的預測模型對項目依賴性較強。為此，項目團隊研發(fā)了支持可視化交互式人工智能建模的分布式新能源與多元負荷預測平臺，實現了“數據預處理-人工智能建模-模型訓練-模型設備映射-精度評估”全環(huán)節(jié)可視化低代碼功率預測實驗管理。預測模型可做到一次映射綁定，系統(tǒng)全局共享，真正實現了“研究”和“實證”的一體化，提升了實驗效率和成效。經對比測算，依托該平臺，研究人員新能源功率預測算法的研發(fā)和實驗效率可提升60%以上。
示范引領，推廣應用能源互聯網與新型電力系統(tǒng)原創(chuàng)技術
山西電科院在建設能源互聯網科研實證平臺的過程中，以國家電網有限公司戰(zhàn)略目標和山西省能源轉型發(fā)展目標為統(tǒng)領，瞄定“雙碳”目標，探究能源互聯網和新型電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律，在“綠色低碳、全景透明、價值創(chuàng)造、智慧科創(chuàng)”理念指導下，努力打造具有廣泛應用價值的示范工程。目前該項目已形成“光儲直柔”“攻防靶場”“有序用電”“虛擬電廠”“能源仿真”五大場景，可在國內外具有多種資源特征的地區(qū)推廣應用。
在山西電科院試驗基地，新能源汽車充電樁是重要的可調負荷元素。試驗基地安裝有34臺充電樁，幾乎涵蓋了市場上常見的各類型充電樁。
6月5日，天氣晴朗，智慧能源管控系統(tǒng)預警試驗基地園區(qū)12時至14時會出現光伏發(fā)電全額消納風險。實驗人員通過加載自研人工智能有序充電算法策略，以園區(qū)負荷波動最小、充電成本最低、新能源利用率最高為目標，自動生成光儲充調控指令，將原本在9時至11時、14時至17時的部分充電負荷自主平移至光伏發(fā)電消納風險時間段，確保園區(qū)當日新能源100%消納。經計算，在模擬現貨市場實時電價曲線的條件下，當日平移負荷125千瓦時，單次節(jié)約充電成本57元。
近年來，山西省極端天氣頻發(fā)。2021年，山西多地月氣溫、降水頻繁突破歷史極值，冷暖轉換強度歷史罕見。項目團隊建成數字孿生綜合能源系統(tǒng)仿真平臺，積極應對極端天氣對能源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來的風險。目前，實驗人員依托數字孿生綜合能源系統(tǒng)仿真平臺完成日間暴風雪極寒天氣下的能源系統(tǒng)調度仿真研究，通過預判極寒條件下設備故障、新能源停機等風險，以及電網負荷壓力，輔助制訂最優(yōu)調度策略，并作為應急預案，將仿真驗證后的調度策略自動關聯下發(fā)到實際生產設備。
能源互聯網科研實證平臺融入了新型電力系統(tǒng)各類元素和科研裝備，實現了仿真、試驗、檢測、示范等創(chuàng)新要素聚集，未來將在支撐“雙碳”目標落地山西和構建新型電力系統(tǒng)過程中發(fā)揮作用，助力打造能源互聯網建設新樣板。
原標題： 應用數字化技術 探索能源互聯網建設路徑
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