從變電站到能源綜合服務站:演化路徑探討
高正平1，劉昊宇2，李琥3，劉國靜3，王洪儒2，王琦2*，湯奕2
（1．國網江蘇省電力有限公司；2．東南大學電氣工程學院；3．國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院）
本文發(fā)表在《全球能源互聯網》2021年第4期“能源轉型中的電力系統(tǒng)規(guī)劃關鍵技術及案例研究”專題上，歡迎點擊品讀。本文受國家電網公司科技項目（5700-202018196A-0-0-00）資助。
文章導讀
能源互聯網建設的推進對多異質能源調度和多源信息處理提出了更高要求。能夠實現區(qū)域能源一體化監(jiān)控、優(yōu)化控制和統(tǒng)一服務的能源綜合服務站成為新一代能源互聯網管控樞紐。以變電站現有資源為基礎，涵蓋多功能單位的能源綜合服務站將對規(guī)劃綜合能源系統(tǒng)的新型生態(tài)架構產生深遠影響。針對傳統(tǒng)變電站到能源綜合服務站的演化路徑，本文從建設規(guī)劃和站址改造角度提出了實體站與虛擬站兩種建設路徑，并深入分析了能源綜合服務站在能源互聯網建設中的優(yōu)勢作用與關鍵技術，為能源互聯網的規(guī)劃建設、業(yè)務轉型和數字賦能提供參考。
主要內容
自中國明確提出力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和以來，“雙碳”目標一直是全社會熱議的話題。隨著國家能源革命戰(zhàn)略的不斷推進，建設以電網為骨干網架的能源互聯網成為能源系統(tǒng)融合發(fā)展的重要方向。如何推動電網向能源互聯網轉變是能源互聯網建設中的一大難題。變電站作為傳統(tǒng)電網的電能樞紐，承擔著區(qū)域電力配電、電壓等級變換、電流匯集和電壓調整等重要作用。而能源綜合服務站作為能源互聯網的核心，既是數據的集成中心，也是能源的調控中心，除了變電功能外，還實現了信息集成共享、能源協同調配等功能。變電站向集能源轉換設備、數據中心、無線基站等功能單位于一體的能源綜合服務站轉變，強化了信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的融合，使傳統(tǒng)變電站由電網節(jié)點向區(qū)域能源互聯網樞紐節(jié)點演變，為區(qū)域能源互聯網建設提供了核心支撐。
不同文獻對能源綜合服務站內涵描述如表1所示。傳統(tǒng)能源站以多能管網為核心，通常側重實現多類型能源的基礎供應。而能源綜合服務站立足于能源的綜合服務，起源于“多站融合”概念，所以在包含多能管控的基礎上，更加強調的是提供站址資源、通信資源、能源資源的綜合服務。
?表1 能源綜合服務站內涵描述
能源綜合服務站內涵描述
1、保證用戶基礎用能需求的同時，依托終端能源設備和能源管理手段，實現經濟、低碳、安全等目標，提供用戶增值能源服務的能源站。
2、既滿足區(qū)域能源需求，又能提供輔助服務的能源站。
3、設立綜合能源服務商的能源站，可實現電-熱-氣能量轉換的綜合需求響應和參與多能市場交易。
4、根據用戶能源消費特征，以能源互聯網為載體，通過協調優(yōu)化區(qū)域內各種能源資源配置來滿足終端用戶當前或潛在能源需求服務的能源站。
5、擁有一定能量生產和轉換設備的綜合柔性負荷組織實體，能夠向部分區(qū)域用戶供應多種能源，同時聚合用戶綜合需求響應資源。
6、基于綜合能源服務商，考慮綜合需求響應與風險規(guī)避，滿足用戶不同類型用能需求的能源站。
注：具體文獻請參照原文
能源綜合服務站實現了能量流、信息流、業(yè)務流的耦合，按重新規(guī)劃場景還是基于現有站址改造分為實體站與虛擬站兩種。能源綜合服務站的規(guī)劃配置決定了能源綜合業(yè)務的效率與品質。當前有關實體站的文獻大多都在探討其選址定位、設備選型、容量配置、站網協同規(guī)劃等問題，以建成一個實體新站為目。較多研究都采用上下兩層規(guī)劃，大致規(guī)劃流程如圖1所示。
? 圖1 實體站雙層優(yōu)化設計方法
在能源互聯網的建設背景下，虛擬電廠也要朝著能源綜合服務虛擬站的方向轉變。虛擬站基于對綜合能源信息物理資源的抽象與整合，實現客觀的統(tǒng)一資源調度。圖2為虛擬站能量流-信息流-業(yè)務流多層次協調運行架構，在滿足用戶用能需求的基礎上，通過數據采集與分析為用戶提供相應的能源增值服務，制定出合理的運行方案。
? 圖2 虛擬站能量流-信息流-業(yè)務流多層次協調運行架構
如表2所示，實體站與虛擬站在建設與升級、通信調度難度、使用模型、需解決的問題這幾方面進行了對比。
? 表2 實體站與虛擬站的特征比較
目前，能源綜合服務站沒有形成完整的科學方法論和成套模型，難以在具體實踐中進行有效的指導。在理論研究層面，對于能源綜合服務站規(guī)劃建設的研究不夠深入，較少有研究專門探討建設的優(yōu)勢。本文從工業(yè)園區(qū)、數據中心、商業(yè)園區(qū)用戶3個典型場景分析能源綜合服務站建設的優(yōu)勢，強調了能源綜合服務站在能源互聯網中的關鍵作用。
能源綜合服務站的建設運行需要在地理位置、設備配置、信息通信、增值業(yè)務等多個方面進行融合。本文從配置融合、信息通信、業(yè)務融合3個角度進行論述，其中配置融合為能源綜合服務站規(guī)劃建設提供了支撐，信息通信為數字管控提供了路徑，業(yè)務融合為協調運行提供了方案。
結論
隨著“雙碳”目標的提出，以變電站現有資源為基礎，涵蓋多功能單位的能源綜合服務站將對規(guī)劃綜合能源系統(tǒng)的新型生態(tài)架構產生深遠影響。本文首先提出了能源綜合服務實體站和虛擬站2種形式的規(guī)劃建設特點，其中實體站主要考慮地價與管道線路配置，解決選址與定容問題；虛擬站主要考慮通信可靠性，建設云管控平臺。其次分析了能源綜合服務站配置融合、信息通信與業(yè)務融合，能夠有效支撐規(guī)劃建設、數字管控與協調運行的目標。最后給出了工程應用案例，實現從架構融合向業(yè)務融合的轉變。本文通過對變電站向能源綜合服務站演化趨勢的探討，為能源互聯網的規(guī)劃建設、業(yè)務轉型和數字賦能提供參考。
本文引文信息
高正平，劉昊宇，李琥，等. 從變電站到能源綜合服務站：演化路徑探討[J]. 全球能源互聯網，2021，4(4)：411-423.
GAO Zhengping, LIU Haoyu, LI Hu, et al. From substation to integrated energy service station: discussion on the evolutionary path[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2021, 4(4): 411-423(in Chinese).
