智能能量管理系统的优化：高效节能控制方案

智能能量管理系统（intelligent energy management system，IEMS）是能源互联网借鉴因特网技术架构建立的关键组成部分。在能源互联网系统运行控制过程中，IEMS可以基于本地信息对事件做出快速独立的响应，首先应针对能源微网内需求，如潮流和电压调度、电能质量和可靠性、提高运行的效率和经济性，但从长远看它还可对配电网提供一些辅助服务和可靠性服务。当网内电压跌落、故障、停电时，系统可以自动实现孤岛运行与并网运行之间的平滑切换，当运行于孤岛状态时，不再接受传统方式的统一调度。

IEMS控制的主要目标为：

（1）可视化的互操作平台，实现实时、高速、双向的电力数据读取，该平台能利用多媒体技术显示潮流、电压、功角、故障位置、装置运行状态等信息，监视系统各功能模块，实现个性化信息披露，接收运行人员指令。

（2）为分布式可再生能源发电装置和储能装置提供接入接口，并可实现实时实地的即插即用。

（3）调节网内的馈线潮流，合理分配无功补偿，调节每个分布式发电装置（distributed generation，DG）接口处的电压，保证电压的稳定性。

（4）根据故障情况或系统需要，自主地与主网分离、并列或实现两者的过渡转化运行。

能源互联网中IEMS的构成设施和系统主要有微电网管理模块与虚拟电厂、虚拟能量存储系统与智能代理器以及可控负荷管理系统等。

1）微电源管理与虚拟电厂系统

微电源控制器是微电网最底层的核心控制模块，以提供有功功率和电压整定值为功能核心。有功功率的调度整定值取决于燃料成本、电功率成本的财务估算、气候因素和预期的程序运行要求；电压整定值应保持在预设的范围内，以确保微电网中适当的电压调节。微电源控制模块所具有的控制、优化功能越多，智能化程度越高，其设计也越复杂，对于庞大的数据信息收集、分析、处理的能力要求也越高，网络传输的速度和质量要求也更高，这些都将对电力电子设备、网络技术和数据处理提出非常高的要求。

将大量的分布式电源及储能系统整合起来，主要通过减少终端及用户设备和装置用电需求的方式产生“富余”的电能，这被认为等效于通过在用电需求方安装一些提高用电效能的设备，即“虚拟电厂”。建设虚拟电厂不仅有助于缓解电力紧缺，还能够在较长时间内持续发挥作用，形成和传统发电厂相似的容量和可靠性。

2）虚拟储能(www.xing528.com)

虚拟存储系统是能源互联网物理架构中“用户控制端口”的主要功能之一，是在需求侧管理战略下实施的，它建立在动态数据驱动的范式上。能源互联网发展的一个巨大障碍是在这个网络中缺乏超大规模的能源存储容量，一些研究者认为通过智能信息管理和共享可以实现能量的虚拟存储。这种思路是在用户和供应者之间建立一个虚拟能量缓冲器。随着智能电能表的出现，动态地安排每个用户的用电情况将成为可能，这将在电力生产和消费之间创建一片虚拟缓冲器，如图10所示。

图10　因特网与带有虚拟缓冲器的电力网络

在这种新的模式下，每位用户的电力消费可实现智能化的管理，大大增加了电力网络的稳定性，不会给需要电力的机器设备随意供电，用户可以根据成本和收益做出最佳决策。例如，一些不急需电力的活动，如洗衣机的运转，可以安排在一天中电力充足和便宜的时段。电力成本由供需比和传输这些资源的网络容量决定。这种资源的管理使用方式类似于因特网中广泛使用的访问控制，因此产生了在生产和销售之间的虚拟能量缓冲器（储能系统），这样用户在需要时就可以使用已经生产并存储的电能。从消费者的角度看，并没有打破物理规律，电力仍然在生产出来的时候被实际消费掉，但是在动态消费调度下，电力资源被创造出来并且在使用之前已经被存储到电力网络中的某个地方了。

3）智能代理器

利用虚拟存储系统实现用电消费的动态调度，必须通过智能代理器（软件）才能执行。这些智能代理器将在客户的利益下行动，基于状态分析做出合理的决策。智能代理系统最重要的分析威力在于它的预测能力。它能够预测出它的客户未来消费模式，以便做出可能的安排。换句话说，负载预测能力是智能代理器的核心部分。

另外，为了保持局域网的正常健康运行，能源互联网中需要建立由智能代理器组成的智能代理系统。智能代理器为它的客户利益服务。智能代理器的客户可以是实际消费者、电网运营商、电力经纪商，也可以是非人类的实体，如变压器、发电机、传输线路等。智能代理系统监视局域网中的每一个负载，预测每一个单独个体负载的电力消费情况，并且做出预期行动指令以阻止潜在的故障级联发生。

4）可控负荷管理系统

可控负荷管理系统就是使用价格弹性来有效管理负荷不确定性。不确定性总是伴随着预测而产生，而且当成百万的预测数据累加在一起时，其产生的不确定水平就很可能变得不可接受了。在用户和供应商之间建立一个反馈环，以自适应地纠正预测误差。最好的反馈机制由价格弹性，特别是短期价格弹性来决定。

价格弹性是用于刻画顾客随价格变化的敏感性数学工具，短期价格弹性模型为顾客相应价格变化的购买需求意愿提供了一个估计量。用户和供应商之间可以建立动态协商机制，以获得供给和消费之间的精准均衡，即便在预测准确性不高的情况下也可以达到均衡。