校级综合智慧能源实验平台技术需求.pdf

校级综合智慧能源实验平台技术需求 1、平台定位与目标 本平台目标是一个建设成一个跨学科、高水平的实验研发平台。（1）跨学科：该平台能够涵盖我校电气、能源动力、自动化、计算机、经管等主干学科方向；（2）先进性：聚焦当前国内外能源互联网、综合能源系统领域的关键方向的前沿技术，打造涵盖诸多先进技术并将我校重点研发技术与成果充分融合的综合智慧能源实验研发平台。（3）应用性：以当前在能源互联网领域开展应用或者具有应用潜力的技术为导向。（4）人才培养：为我校与行业培养研究型、工程型的复合人才。2、平台的基本形式 平台以物理仿真为主（动模实验平台），可以与软件仿真平台相结合，构成数字物理仿真平台，但二者之间必须紧密结合。3、平台的主要特色 3.1 模块化设计与灵活组合 实现电、冷热、气各部分可以相互独立运行但又彼此联系，整个实验平台构成不同功能模块，模块之间灵活组合，形成不同复杂程度的实验系统。另一方面，通过固定与灵活接线配合，模拟不同运行场景。3.2 平台的高水平与可扩展性 平台应尽可能考虑多种能源电力前沿技术的实验、研究与开发；关键技术与设备尽可能做到成熟产品与开源设备组合接入；配置一定端口，方便中试模块与后期研究设备接入。4、平台的主要技术特征（1）多种能源形式互补 平台需要考虑冷、热、电、气以及其他能源形式的协调控制与调度。考虑到当前能源互联网与综合能源系统中电能是主要能源形式，围绕该领域的前沿技术交叉科研方向最多、技术发展最快，因此，平台的能源形式以电能为主，其他多种能源形式互补协同。结合我校已有并准备应用于本平台的实验设备，并在此基础上提出目前行业广泛使用或者具有重要科研意义的能源形式。（2）源网荷储协调 平台要考虑异质能量流在源网荷储整个环节的控制、优化与各种高级应用功能的实现。考虑到现实中源、网、储、荷四个主要环节中主要是通过电能形式进行能量的生产、传输、储存、使用。因此这种协调大多数情况下主要是以电能流为主、其他能流为辅的协调。（3）新技术新设备应用 本项目希望尽可能将前沿的技术、理念应用到本平台，以确保平台的跨学科与高水平特色。考虑将综合能源、能源互联网领域的前沿技术如5G 通信、PMU、虚拟同步机等技术应用到本实验平台，并设计相应的实验场景与内容。其他相关的前沿技术如有可能也可以论证应用到本平台的可能性 并进行应用。5、平台的各层级特点与要求 本次方案设计按照能源层、信息层与高级应用层予以设计，其中能源层集成了包含冷热电气等不同类型的源网荷储设备，是整个平台的基础；信息层则涵盖整个平台的信息感知、量测、控制等环节，实现整个平台的稳定运行，是整个实验研发平台的中枢；高级应用层则实现整个实验研发平台的优化、实验与高级应用模块，是整个平台的大脑。5.1 能源层 5.1.1 源侧 源侧需要结合我校已有并准备应用于本平台的实验设备，并在此基础上提出目前行业广泛使用或者具有重要科研意义的源侧模拟装置，并进行设计。5.1.2 网侧 主要是围绕区域（园区）级能源互联网或综合能源系统的特点，开展电网、冷/热网、气网的规划设计。1、电网 1）基于模拟线路设计交直流混合配电网网架结构，网络结构灵活可调，其中交流配电网能够模拟国内外主要配电网接线形式，如单环网、双环网、多分段多联络、钻石型配电网（上海）、花瓣形配电网（新加坡）等；优化选择直流配电网电压等级，设计直流配电网接线形式，并与交流配电网通过换流器相连接，实现交直流混合配电网的模拟。2）设计交流微电网与直流微电网，形成微电网群，并融入所设计的交直流混合配电网，要求微电网具有孤岛运行和无缝切换的能力，支撑微电网级的能量管理、控制、稳定分析等研究内容。3）通过各个节点配置先进量测以及源（分布式电源及微网）-网（各开关）-荷（可控负荷）的远程控制功能，平台应能够实现完善的配电网及微电网的监控，可有效支撑配电自动化、配电网态势感知、能量管理、源荷（微网）并离网操作、孤岛运行等功能。2、气网 实现天然气输送及天然气使用设备接入，考虑天然气燃烧后的余热利用设备以及最终排入大气的后处理设备（如烟囱）等接入。3、冷热（水）网 考虑存在多种供冷供热设备及多类型冷热模拟负荷，设计采用的管网结构有利于实现管网重构（可模拟环网与树枝状管网结构）。4、网架的灵活组态与调节 在网架的设计中应该考虑到通过开关/阀门或者灵活接线实现网架的灵活组态，特别是对于电网的设计。5.1.3 储侧 包括储电、储热、蓄冷等设备，需要结合我校已有并准备应用于本平台的储侧实验设备，并在此基础上提出目前行业广泛使用或者具有重要科研意义的储能类型与设备，并进行设计。在储电方面，应考虑能量型与功率型储能的结合。5.1.4 荷侧 负荷类型、负荷特性尽可能多样化。考虑模拟负荷与真实负荷相结合，电负荷与冷热负荷相结合，交流负荷与直流负荷相结合。要求负荷可控可调，总容量与电源容量相匹配。5.2 信息层 信息层包含物联层与运行控制层两部分：5.2.1 物联层 物联层主要是建立设备层与运行控制层的双向通信联系，并实现设备层的量测及信息层对设备层指令的发送，包括：（1）确定通信的方式、协议。关于物联层的通信方式、协议的选择，整个系统的通信方式与协议应当采用当前能源电力行业广泛使用的标准方式；同时为了考虑平台的先进性及科研性，可以考虑前沿技术（如 5G 通信等）来实现部分功能模块。（2）与工程设计单位协同，确定设备层需要的量测与控制的信号类型、数量。5.2.2 运行控制层 运行控制层需要完成的基本功能：（1）监控系统实现数据采集、存储、计算、共享及界面展示的功能；（2）监控系统实现与冷、热、电多种设备及设备上安装仪表的接口（通过 IO卡件和设备间接线实现）；（3）监控系统实现对冷、热、电多种设备的稳定运行与基本控制功能，主要包括单台设备（供、储、网）的自动控制和平稳运行、全系统的自启停控制；（5）监控系统实现对冷、热、电多种设备的监控画面；（6）监控系统 能量管理系统的数据接口，通过监控系统将采集的冷、热、电多种设备的实时数据发送至能量管理系统，为能量管理系统提供支撑。需要实现的其他目标：（1）实验功能：结合平台应具有的稳态、暂态实验项目，监控系统本身或者与能量管理系统配合，实现相应的功能。（2）灵活性：结合网架接线的灵活性，监控系统应能够反应这种接线灵活性的场景。（3）整体性：电网部分能够独立实现配网自动化、微网并离网稳定运行等功能，并能够融合到整个综合能源平台的监控系统中。5.3 高级应用层 高级应用层主要通过能量管理系统（EMS）实现，表现形式为在 EMS 系统中的各种模块的设计与研发，通过这些模块，实现平台所需的各种实验与研发等高级应用。5.3.1 基本要求 高级应用层的基本功能要求如下：1）能量管理系统与监控系统配合，确保整个平台及各个子系统的安全稳定运行；2）能量管理系统的通过不同功能模块，实现整个综合能源系统及其子系统的多个实验功能。5.3.2 高级应用模块的实验与研发功能 平台应能够结合当前综合能源领域的前沿理论或者关键技术，设计不同的实验场景与内容，开展相关实验与研究：（1）综合能源系统 1）实验要求 可模拟综合能源系统典型用户的用能行为，支撑特定应用场景下综合能源的设计与运行相关研究。通过换热器、冷却塔、电负荷模拟器的调节，模拟典型用户的冷、热、电动态负荷特性。可模拟综合能源系统的多样化拓扑结构，结构灵活可调，支撑综合能源系统全要素优化配置与拓扑结构动态重构等相关研究。通过供储设备的启停、模拟负荷的接入/退出、阀门的开闭等手段形成多样化拓扑结构，为典型应用场景下系统配置与拓扑结构设计提供支撑。可模拟综合能源系统的典型运行场景，支撑综合需求响应、尖峰负荷快速平抑、重要负荷安全保障、多能流多时间尺度动态响应与优化等相关研究。通过实验模拟供能侧、储能侧、需求侧的常规或异常行为，验证所开发的针对性运行调度策略的有效性。2）实验与研发场景 包括但不限以下实验场景：冷热电联供系统的耦合特性及动态特性研究，平台需提供冷热电联供系统耦合特性及动态特性的实验研究功能。冷热电联供系统平稳控制及负荷快速跟踪控制研究，平台需提供冷热电联供机组的扰动抑制和平稳控制功能、冷热电联供机组的负荷快速跟踪控制功能。冷/热/电多供能网络的经济调度及协同控制研究，平台需提供单能源网的网内平衡实时控制功能、冷/热/电多能源网的经济调度及协同控制功能。（2）交直流配网（微网）1）实验要求 能够模拟交直流互联的多种网络结构形式，网络结构灵活可调，支持配电网的优化重构运行，优化确定配电网的运行方式。能够模拟交、直流微电网的运行，支撑微电网的能量管理、控制、稳定分析等研究内容。具有先进的配电网及微电网的监控，可有效支撑配电自动化、配电网态势感知、能量管理、源荷（微网）并离网操作、孤岛运行等功能。2）实验与研发场景 包括但不限以下实验场景：交（直）流微电网的并离网运行、切换及相互协调；主动配电网的优化调度、重构与自愈。源储荷协同调度与运行控制，用户侧多类型辅助服务（调频、调压等）。（3）新技术的实验与研发 对于可以应用到本平台的新技术、新设备，如综合能源、能源互联网领域的前沿技术如 5G 通信、PMU、虚拟同步机等，设计相应的实验场景与内容，并在高级应用层设计与开发相应的模块。6、方案设计需要考虑的其他事项（1）总体设计，分阶段实施：对整个平台的功能进行总体设计，并考虑到平台的复杂性，按照基础-提升的思路进行分阶段实施，并给出每一个阶段实施的内容。（2）多方紧密配合：方案设计时需要紧密同我校团队、工程设计单位协同配合，确保方案的可实施与落地。7、平台设计成品要求 平台设计成品包括但不限于以下内容：（1）平台的总体设计功能、性能及特色；（2）设备或系统的选型，包括名称、容量及主要技术要求，相关的推荐厂家；（3）平台及各子模块接线图；（4）平台的量测、通信方式、架构与技术要求；（5）平台软件系统的架构、功能与技术要求；（6）平台能够开展的实验项目（结合不同的设备或模块来阐述）。最终平台设计成品应能够无缝地同工程设计、施工相衔接，指导整个项目的建设。本次校级综合智慧能源实验与研发平台将通过举手制在校内招聘三位子模块技术负责人，分别是能源层、信息层与高级应用层子模块负责人，具体技术需求见以上。