新型電力系統(tǒng)下5G+云邊端協(xié)同的源網(wǎng)荷儲(chǔ)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)初探

許 鵬，何 霖

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司信息通信公司，四川 成都 610041)

0 引 言

在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的引領(lǐng)下，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)[1]已成為必然。新型電力系統(tǒng)形態(tài)中新能源比例的大幅提升將給電力系統(tǒng)帶來(lái)全新的挑戰(zhàn)，已有眾多學(xué)者針對(duì)高比例可再生能源接入的電力系統(tǒng)開(kāi)展相關(guān)研究，從系統(tǒng)運(yùn)行[1-2]、市場(chǎng)機(jī)制[3-4]、電網(wǎng)規(guī)劃[5]、配電網(wǎng)管理[6]、需求響應(yīng)[7-8]、儲(chǔ)能建設(shè)[9-10]等方面深入研究支撐可再生能源高占比的電力系統(tǒng)支撐技術(shù)。文獻(xiàn)[11]相對(duì)系統(tǒng)地分析了高比例可再生能源電力系統(tǒng)在不同滲透率水平下的特性以及在保護(hù)、運(yùn)行、規(guī)劃等方面面臨的挑戰(zhàn)，提出了一系列相應(yīng)解決方案并剖析了關(guān)鍵技術(shù)。

近年來(lái)高峰電力供應(yīng)緊張，傳統(tǒng)意義上的電源側(cè)的靈活性調(diào)整能力提升和電網(wǎng)側(cè)的運(yùn)行特性優(yōu)化已經(jīng)難以滿足電力系統(tǒng)日益提升的安全、穩(wěn)定、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需求。源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)優(yōu)化的綜合能源系統(tǒng)已成為能源電力發(fā)展的迫切需求。國(guó)家發(fā)改委、能源局在《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確提出了源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的重要意義以及發(fā)展實(shí)施路徑。文獻(xiàn)[12]綜合性地提出源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化的系統(tǒng)架構(gòu)，從基礎(chǔ)條件分析、系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)運(yùn)行、全過(guò)程綜合評(píng)價(jià)4個(gè)層次構(gòu)建了能源互聯(lián)網(wǎng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)框架。文獻(xiàn)[13-14]面向園區(qū)微網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境下的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化技術(shù)展開(kāi)研究，分別就運(yùn)營(yíng)模式和模型求解算法優(yōu)化方面提供了技術(shù)解決方案。文獻(xiàn)[15]則從電網(wǎng)規(guī)劃層面引入了源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化概念，提出了電網(wǎng)發(fā)展新環(huán)境下的網(wǎng)架規(guī)劃技術(shù)方案。

隨著邊緣計(jì)算、5G通信、云邊協(xié)同等信息通信技術(shù)的高速發(fā)展，源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化激活了新的發(fā)展動(dòng)力。文獻(xiàn)[16-17]充分論證了5G技術(shù)在源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化的電力系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用的可行性和必要性。文獻(xiàn)[18]基于云邊協(xié)調(diào)的技術(shù)概念，提出了云-群-端協(xié)同的虛擬電廠調(diào)度優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了虛擬電廠這一新型主體的優(yōu)化控制。文獻(xiàn)[19]則基于云邊協(xié)同技術(shù)架構(gòu)構(gòu)建了集中-分散聯(lián)合控制的信息物理模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化提升。文獻(xiàn)[20]對(duì)云邊協(xié)同、邊邊協(xié)同、邊緣智能等技術(shù)概念進(jìn)行了剖析，將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，對(duì)源網(wǎng)荷各環(huán)節(jié)的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討，促進(jìn)云邊智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展。但總體而言，對(duì)于5G+云邊端協(xié)同綜合作用于電力系統(tǒng)下的系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架和協(xié)同機(jī)制還尚未形成明確的方案，尤其對(duì)于新型電力系統(tǒng)發(fā)展背景下，源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)與云-邊-端之間的協(xié)作關(guān)系還需進(jìn)一步厘清。

鑒于此，面向新能源比例提升的新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行需求，嘗試基于5G通信與云-邊-端協(xié)同技術(shù)建立源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)的信息物理支撐體系，探索基于5G+云邊端協(xié)同的源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)。

1 新型電力系統(tǒng)技術(shù)特征

1.1 電源側(cè)的波動(dòng)性與靈活性

新能源為主體是新型電力系統(tǒng)的重要特征，電源側(cè)新能源比例提升帶來(lái)的波動(dòng)性和所配套的電源調(diào)峰調(diào)頻能力靈活性構(gòu)成了電源側(cè)的鮮明特征。

靈活性調(diào)節(jié)資源的能力主要受到兩個(gè)方面的約束：1)與電源側(cè)新能源比例、新能源出力波動(dòng)性呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。通常情況下，新能源出力的波動(dòng)性體現(xiàn)為不可控的自然系數(shù)，故新能源比例的提升，即直接要求靈活性電源可調(diào)峰能力相應(yīng)增大。當(dāng)火電機(jī)組作為主要調(diào)峰調(diào)頻靈活性電源，其最大調(diào)峰能力存在約束限制，雖然靈活性改造可一定程度緩解此約束，但本質(zhì)上并未實(shí)質(zhì)性突破約束。2)為保障投運(yùn)機(jī)組的利用效率，裝機(jī)量與用電負(fù)荷需求的比例存在一定意義上的上限約束關(guān)系，即在同等用電水平下，可接受裝機(jī)量不能無(wú)限擴(kuò)張，存在經(jīng)濟(jì)性邊界，則新能源裝機(jī)容量與靈活性電源裝機(jī)容量將呈現(xiàn)一定的反相關(guān)約束。這兩個(gè)約束，后者與前者構(gòu)成了矛盾關(guān)系，因而如何實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)的靈活性調(diào)節(jié)成為新型電力系統(tǒng)需突破的關(guān)鍵技術(shù)。若要在不改變當(dāng)前模式的情況下突破此約束，則需在高峰時(shí)段棄風(fēng)棄光，即在波動(dòng)性區(qū)間基本確定的情況下，風(fēng)光利用率、裝機(jī)投資經(jīng)濟(jì)性和新能源比例之間需要取舍。

從技術(shù)升級(jí)角度而言，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)綜合效能提升的關(guān)鍵在于突破電源靈活性瓶頸，火電的靈活性改造可以很大程度緩解，但電源側(cè)本質(zhì)上的格局改變需要其他的靈活性手段提升，如天然氣、調(diào)節(jié)性水電、抽水蓄能等靈活性更高的機(jī)組建設(shè)以及高效儲(chǔ)能的配套建設(shè)應(yīng)用等。

1.2 電網(wǎng)側(cè)的連通性與風(fēng)險(xiǎn)性

電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的資源分布逆向性以及電源側(cè)強(qiáng)波動(dòng)性環(huán)境下，跨省跨區(qū)的大電網(wǎng)范圍資源優(yōu)化配置需求愈加顯著。充分利用不同地區(qū)的資源稟賦和負(fù)荷特性互補(bǔ)性是新型電力系統(tǒng)的必然需求，電網(wǎng)的強(qiáng)連通性是其物理基礎(chǔ)。但連通性增強(qiáng)的同時(shí)也意味著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，電力電子設(shè)備應(yīng)用更加廣泛，電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性要求更加嚴(yán)格，局部風(fēng)險(xiǎn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行全局的影響更加擴(kuò)大，電網(wǎng)運(yùn)行將面臨更加顯著的風(fēng)險(xiǎn)性。

新型電力系統(tǒng)中電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)有效控制的技術(shù)突破，有賴于電力系統(tǒng)運(yùn)行及調(diào)度控制過(guò)程的智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。從配電網(wǎng)到地方電網(wǎng)到跨省區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)，各個(gè)層級(jí)和環(huán)節(jié)需要有機(jī)結(jié)合、有序運(yùn)行，就更加需要數(shù)字化及智能化的手段來(lái)切實(shí)提升系統(tǒng)及設(shè)備事件的預(yù)測(cè)、預(yù)警、分析、推演、隔離、處置等全流程的執(zhí)行效率和效果，保障電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

1.3 負(fù)荷側(cè)的多樣性與聚合性

負(fù)荷側(cè)的多樣性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1)分布式電源的廣泛接入。新型電力系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程中，要實(shí)現(xiàn)新能源為主的電源結(jié)構(gòu)，采用集中式電站的形式對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)的堅(jiān)強(qiáng)性帶來(lái)挑戰(zhàn)，亦不利于能源利用的經(jīng)濟(jì)性。分布式光伏及微網(wǎng)綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展也將成為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。2)用戶側(cè)負(fù)荷設(shè)備的多元化發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)生活水平的提升和電能替代工作的深入、電氣化產(chǎn)品的研發(fā)完善，電能在終端能源消費(fèi)中的地位更加顯著，用戶側(cè)負(fù)荷設(shè)備的類型也更加多元，以溫控負(fù)荷、電動(dòng)汽車為代表的靈活性接入負(fù)荷成為電網(wǎng)運(yùn)行的重要可調(diào)節(jié)資源[21]。

但由于負(fù)荷側(cè)資源廣泛分散、單體能力有限的特點(diǎn)[22]，其靈活性體現(xiàn)不僅是對(duì)于新型負(fù)荷本身可調(diào)節(jié)能力的挖潛，更重要的是對(duì)于廣泛用戶終端負(fù)荷差異的聚合優(yōu)化。充分利用用戶用電行為以及分布式能源在時(shí)間-空間上的差異性，通過(guò)智能的優(yōu)化方法將差異性資源聚合成為符合電網(wǎng)運(yùn)行需求的虛擬主體，為電網(wǎng)運(yùn)行提供寶貴的調(diào)峰調(diào)頻能力。

1.4 儲(chǔ)能的功能性與經(jīng)濟(jì)性

在源、荷雙側(cè)均具有高波動(dòng)性、高靈活性的電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能具有至關(guān)重要的作用。根據(jù)配置部署的差異性，目前的主流儲(chǔ)能主要包括以下形式：源端的風(fēng)光儲(chǔ)配套、荷端的分布式儲(chǔ)能、第三方獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的儲(chǔ)能電站。各類儲(chǔ)能方式的功能性略有差異，但對(duì)于電力系統(tǒng)發(fā)展而言，最終，均可歸結(jié)為對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。而對(duì)于儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)主體而言，儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性則是決定其可持續(xù)發(fā)展的根基。隨著電力現(xiàn)貨市場(chǎng)、調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)、峰谷/尖峰電價(jià)機(jī)制、需求響應(yīng)激勵(lì)機(jī)制等市場(chǎng)機(jī)制的逐步推進(jìn)，儲(chǔ)能的運(yùn)營(yíng)空間逐漸明朗，但目前的市場(chǎng)環(huán)境還處于建立和探索的階段，需要更加成熟的市場(chǎng)環(huán)境吸引社會(huì)資源投入，建立更加完善的運(yùn)營(yíng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)功能性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)籌兼顧。

1.5 源網(wǎng)荷儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與廣泛性

新型電力系統(tǒng)環(huán)境下，源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)之間的相互依存度、聯(lián)系性和影響性更加突出，各方面信息流的實(shí)時(shí)交互是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)，尤其是電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)的波動(dòng)性需在運(yùn)行過(guò)程中及時(shí)傳遞到電力系統(tǒng)各個(gè)單元，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

同時(shí)，系統(tǒng)的廣泛性會(huì)大大增強(qiáng)。目前的電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，多環(huán)節(jié)之間呈現(xiàn)為鏈?zhǔn)降幕?dòng)關(guān)系，且主要是源、網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)，以及對(duì)負(fù)荷的單向配合。新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行架構(gòu)下，主體連接性更強(qiáng)，負(fù)荷側(cè)可通過(guò)需求響應(yīng)等形式與電網(wǎng)構(gòu)建雙向互動(dòng)關(guān)系；而市場(chǎng)環(huán)境下，源、荷雙側(cè)強(qiáng)波動(dòng)性促使二者建立直接互動(dòng)關(guān)系，儲(chǔ)能則更加靈活，其在整個(gè)系統(tǒng)中接入點(diǎn)的不同和運(yùn)營(yíng)方式使得其與各個(gè)主體均可能存在顯著互動(dòng)關(guān)系。

2 5G+云邊端協(xié)同

5G技術(shù)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、智能終端互聯(lián)等信息通信技術(shù)已在各個(gè)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。5G+云邊端協(xié)同的概念體現(xiàn)為眾多信息通信技術(shù)的有機(jī)整合和系統(tǒng)性應(yīng)用。直觀來(lái)說(shuō)，就是充分利用5G低時(shí)延、強(qiáng)接入的技術(shù)特征，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)中智能設(shè)備與各級(jí)系統(tǒng)平臺(tái)的廣泛互聯(lián)互通，從而建立終端感知處理、邊緣節(jié)點(diǎn)本地化分析優(yōu)化、云端平臺(tái)統(tǒng)籌海量信息深度學(xué)習(xí)、綜合智能決策的有機(jī)整體，其核心不在于個(gè)體技術(shù)的堆疊應(yīng)用，而在于面向多層級(jí)分析決策場(chǎng)景需求的協(xié)同運(yùn)作體系。

從技術(shù)層次來(lái)說(shuō)，5G+云邊端協(xié)同的層次結(jié)構(gòu)與態(tài)勢(shì)感知、智能互聯(lián)等技術(shù)結(jié)構(gòu)具有共通之處[23]，從邏輯上可劃分為感知層、傳輸層、計(jì)算層、決策層。感知層主要實(shí)現(xiàn)終端、設(shè)備環(huán)境、區(qū)域特征及系統(tǒng)全景等各層次的信息感知和采集；傳輸層主要是通過(guò)終端的5G延伸和主網(wǎng)的光纖支撐實(shí)現(xiàn)廣泛接入、高速交互的通信環(huán)境，支撐云邊端多級(jí)實(shí)時(shí)調(diào)控和廣域信息互通；計(jì)算層主要根據(jù)分析需求，利用用戶智能終端、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)、云端平臺(tái)的計(jì)算分析能力，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)的數(shù)據(jù)挖掘和特征提取，構(gòu)建基于用戶設(shè)備個(gè)體特征、區(qū)域特性及海量數(shù)據(jù)分析結(jié)果的多維特征集；決策層則是云邊端協(xié)同的最終體現(xiàn)，在高效的信息交互和多層次特征集基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的調(diào)控需求，可在設(shè)備自動(dòng)控制、區(qū)域優(yōu)化和全局決策中組合協(xié)同，實(shí)現(xiàn)局部?jī)?yōu)化與全局最優(yōu)的統(tǒng)籌。

如引言中所述，傳統(tǒng)的云邊協(xié)同模式主要是將云端作為大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，將邊端作為數(shù)據(jù)匯集和預(yù)處理的前端環(huán)節(jié)，且各環(huán)節(jié)的功能性劃分較為明確。因而云邊信息流交互主要呈現(xiàn)為垂直的線性關(guān)系，且受制于接入容量和通信性能，邊緣節(jié)點(diǎn)僅能設(shè)置在已有較好通信條件的接入點(diǎn)，如變電站等，難以支撐對(duì)于廣泛終端設(shè)備的延伸接入。相較而言，所述5G+云邊協(xié)同的主要架構(gòu)特征在于其物理上的“云-管-邊-端”層次與邏輯上的“感知-傳輸-計(jì)算-決策”層次不再是一維線性對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，而是縱橫交錯(cuò)的二維交叉協(xié)同關(guān)系。典型如大多數(shù)的技術(shù)架構(gòu)中將終端更多地定義為一個(gè)感知的單元，用于數(shù)據(jù)的采集、解析、傳輸，計(jì)算功能則通常從邊緣節(jié)點(diǎn)甚至云端平臺(tái)的層次開(kāi)始。在5G+云邊端協(xié)同架構(gòu)下，終端是具備基本決策和處理能力的獨(dú)立單元，一定程度上代理了用戶的行為，而非單純的用戶行為信息采集。邊緣節(jié)點(diǎn)(端)、云平臺(tái)的概念亦然，各環(huán)節(jié)存在自身的垂直運(yùn)行體系和橫向的協(xié)同關(guān)系，詳見(jiàn)圖1。

圖1 5G+云邊端協(xié)同技術(shù)層次

3 基于5G+云邊端協(xié)同的源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)架構(gòu)

3.1 傳統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)推廣局限性

源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)概念提出后，長(zhǎng)期未能實(shí)現(xiàn)大范圍推廣應(yīng)用的主要瓶頸除外在環(huán)境因素外，更多在于傳統(tǒng)模式存在的部分技術(shù)局限性。

1)網(wǎng)荷交互時(shí)延與電網(wǎng)運(yùn)行需求時(shí)效的不匹配：以往的需求側(cè)響應(yīng)嘗試中，大多數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式采用提前約定響應(yīng)時(shí)段及響應(yīng)量并以短信提前告知的方式。用戶的真實(shí)響應(yīng)量、響應(yīng)時(shí)效往往需要事后核驗(yàn)，而電網(wǎng)的運(yùn)行需求往往是即時(shí)性甚至突發(fā)性的，兩者之間存在需求和特性不匹配的直接問(wèn)題。

2)終端接入成本高：源、網(wǎng)之間基于自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)的互動(dòng)方式目前在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，其基礎(chǔ)在于電源側(cè)通過(guò)專用光纖接入了電力通信網(wǎng)，但接入成本高昂。源網(wǎng)荷儲(chǔ)方面，江蘇等地也做出了很多有益的嘗試[24]，通過(guò)專用光纖、4G專網(wǎng)等方式，實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)的負(fù)荷控制，但此類方式同樣對(duì)于用戶側(cè)終端及接入條件要求很高，建設(shè)成本較大，僅適用于部分大工業(yè)用戶改造，對(duì)普遍性的用戶投資存在局限性。

3)控制精度不足：傳統(tǒng)源網(wǎng)荷控制系統(tǒng)主要是通過(guò)用戶側(cè)不同性質(zhì)用電設(shè)備的物理接線改造來(lái)實(shí)現(xiàn)集中式控制，改造成本高，靈活性不足；控制過(guò)程主要體現(xiàn)為開(kāi)關(guān)式控制，對(duì)用戶側(cè)的用電體驗(yàn)影響顯著，一定程度影響參與意愿。

4)決策難度大：由于源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同的電力系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)、各設(shè)備廣泛的互聯(lián)互通，也導(dǎo)致了在處理同等問(wèn)題的過(guò)程中需要考慮的約束和影響線性增加，其決策難度和復(fù)雜性呈指數(shù)性上升。因此已有系統(tǒng)中通常采用較為簡(jiǎn)單的判定邏輯和動(dòng)作關(guān)系進(jìn)行決策，對(duì)于策略的綜合優(yōu)化和多樣性發(fā)展還有所欠缺。

3.2 基于5G+云邊端協(xié)同的源網(wǎng)荷儲(chǔ)

5G+云邊端協(xié)同技術(shù)架構(gòu)的靈活接入、高效交互及多層次協(xié)同分析決策等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于彌補(bǔ)當(dāng)前源網(wǎng)荷技術(shù)局限性具有可借鑒意義，為新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)提供了新的可能?；?G+云邊端協(xié)同的源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，受益于5G技術(shù)大容量的接入特性及低時(shí)延的傳輸特性，可在大幅降低用戶接入成本的同時(shí)，保障通信過(guò)程的實(shí)時(shí)性需求，真正實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)實(shí)時(shí)交互。同時(shí)，借助網(wǎng)絡(luò)5G切片技術(shù)[25]，可采用電力專用切片保障通信過(guò)程的安全性，而無(wú)需構(gòu)建專網(wǎng)。

智能終端、邊緣節(jié)點(diǎn)和云端平臺(tái)為互動(dòng)過(guò)程的決策和計(jì)算提供了物理基礎(chǔ)。智能終端市場(chǎng)的逐步完善使得用戶側(cè)負(fù)荷設(shè)備接入后，互動(dòng)控制更加智能和精細(xì)，不再局限于開(kāi)關(guān)式控制，而可以按需采用更加人性化的溫度控制、功率控制等靈活調(diào)控模式，為精細(xì)化組合調(diào)控策略的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。云、邊、端的三級(jí)計(jì)算體系可以根據(jù)不同層級(jí)業(yè)務(wù)的計(jì)算需求提供相應(yīng)的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)處理過(guò)程時(shí)效性、精確性、全面性等多方面的綜合統(tǒng)籌均衡。

從具體技術(shù)架構(gòu)而言，5G+云邊端協(xié)同技術(shù)的介入使得原先源網(wǎng)荷之間以電網(wǎng)為樞紐橫向串聯(lián)的鏈?zhǔn)疥P(guān)系擴(kuò)展為橫向交叉連接、縱向各領(lǐng)域“云-管-邊-端”拓展的多維網(wǎng)狀關(guān)系。儲(chǔ)能靈活配置在電源側(cè)或用戶側(cè)(獨(dú)立儲(chǔ)能單元接入電網(wǎng)的也可視為用戶側(cè)靈活性單元)，源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)通過(guò)更加多樣化的電力流和信息流，以及更加豐富的終端設(shè)備類型，構(gòu)成連接關(guān)系更加密切、信息流匯聚和交互更加靈活的技術(shù)架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 基于5G+云邊端協(xié)同的源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)架構(gòu)

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)多級(jí)協(xié)調(diào)的輔助服務(wù)執(zhí)行機(jī)制

5G+云邊端協(xié)同支撐下的源網(wǎng)荷儲(chǔ)體系中，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供輔助服務(wù)的手段和方式更加多樣，各個(gè)層級(jí)、各類方式之間的協(xié)同配合和時(shí)序銜接成為實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行中的關(guān)鍵。從時(shí)序而言，可以根據(jù)電網(wǎng)輔助服務(wù)的控制時(shí)效需求，匹配不同閉環(huán)控制動(dòng)作完成所需的時(shí)間周期，實(shí)現(xiàn)初步的協(xié)同，如調(diào)頻需求優(yōu)先調(diào)用AGC秒級(jí)應(yīng)用、日前調(diào)峰考慮開(kāi)停機(jī)和日前需求響應(yīng)等。進(jìn)一步地，對(duì)于滿足相同時(shí)序需求的多個(gè)控制方式，需建立充分考慮多因素綜合決策的協(xié)作機(jī)制，如局部故障產(chǎn)生日內(nèi)小時(shí)級(jí)調(diào)控需求時(shí)，電源增發(fā)、電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)整、需求響應(yīng)、虛擬電廠、儲(chǔ)能調(diào)用等方式均為可選方式[8，12，17，21]。但實(shí)際執(zhí)行中如何根據(jù)電力電量平衡、電網(wǎng)運(yùn)行約束、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等多方面因素綜合決策，實(shí)現(xiàn)多方式組合最優(yōu)化調(diào)度，是新型電力系統(tǒng)中需要深入研究的關(guān)鍵技術(shù)。

4.2 精準(zhǔn)需求響應(yīng)及其運(yùn)行策略

相比于源、網(wǎng)的調(diào)度控制而言，荷端的可調(diào)用性仍在起步階段。廣義的需求響應(yīng)涵蓋了價(jià)格引導(dǎo)、直接負(fù)荷控制、可中斷負(fù)荷、緊急需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)等具體形式[26]。不同方式的影響程度、實(shí)現(xiàn)難度、動(dòng)作模式、參與主體、執(zhí)行邏輯等方面均存在顯著差異，典型體現(xiàn)如圖3所示。新型電力系統(tǒng)源荷雙側(cè)波動(dòng)性和電網(wǎng)的復(fù)雜性對(duì)需求響應(yīng)的時(shí)效、規(guī)模、執(zhí)行效果等均提出了更高的精準(zhǔn)要求，如何充分利用5G+云邊端協(xié)同的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，兼顧用戶、電網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)主體等多方面需求，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)多種響應(yīng)手段時(shí)序綜合最優(yōu)化決策是源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同的重要基礎(chǔ)。同時(shí)，需通過(guò)深入研究用戶行為學(xué)習(xí)、多主體博弈、多目標(biāo)優(yōu)化等技術(shù)，構(gòu)建精準(zhǔn)、精確的需求響應(yīng)交互及執(zhí)行機(jī)制，以保障決策結(jié)果與執(zhí)行效果的匹配度，提升源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同的有效性。

圖3 廣義需求響應(yīng)典型模式及特點(diǎn)

4.3 面向全系統(tǒng)周期的泛化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式

新型電力系統(tǒng)下各環(huán)節(jié)復(fù)雜性和聯(lián)動(dòng)性大幅提升，對(duì)于全系統(tǒng)周期運(yùn)行的技術(shù)支撐手段提出了更高的要求。尤其在5G+云邊端協(xié)同體系下，各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和接入能力顯著提升，感知數(shù)據(jù)的維度也將向末端設(shè)備尤其用戶側(cè)負(fù)荷設(shè)備泛化。面向海量、泛化、異構(gòu)的源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各端數(shù)據(jù)，目前的數(shù)據(jù)挖掘和分析手段還具有局限性[27]，且尚未形成各環(huán)節(jié)感知、分析、決策、執(zhí)行有效協(xié)同的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行模式，需充分結(jié)合運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的智能化、數(shù)字化研究成果，深入研究探索，實(shí)現(xiàn)面向新型電力系統(tǒng)全系統(tǒng)周期的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行模式，提升系統(tǒng)整體運(yùn)行效率和智能化水平。

5 結(jié) 論

上面提出了一種面向新型電力系統(tǒng)的5G+云邊端協(xié)同的源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，通過(guò)對(duì)新型電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各端特性的分析，基于5G+云邊端協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同的時(shí)效性、靈活性、精確性和合理性提升，構(gòu)建了橫向源網(wǎng)荷儲(chǔ)交叉連接、縱向各領(lǐng)域云-管-邊-端拓展的技術(shù)架構(gòu)，并闡明該架構(gòu)下的關(guān)鍵技術(shù)研究方向，更加適應(yīng)新型電力系統(tǒng)靈活多變、廣泛多樣的系統(tǒng)運(yùn)行需求，為相關(guān)領(lǐng)域的研究實(shí)踐提供可借鑒方案。

從應(yīng)用前景而言，在高波動(dòng)性、靈活性、復(fù)雜性新型電力系統(tǒng)中，所述的技術(shù)體系為電力供需平衡的調(diào)峰應(yīng)用、設(shè)備故障或新能源出力劇烈波動(dòng)導(dǎo)致的緊急調(diào)頻應(yīng)用、廣泛分布式電源及柔性負(fù)荷設(shè)備接入的電網(wǎng)魯棒性提升應(yīng)用等場(chǎng)景，提供了具備探索意義的技術(shù)架構(gòu)。可以預(yù)見(jiàn)，其運(yùn)行靈活性、手段多樣性和綜合優(yōu)化性提升的優(yōu)勢(shì)將為促進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的技術(shù)發(fā)展提供新的環(huán)境和可能，但其具體實(shí)施效果可能受到關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、應(yīng)用環(huán)境、特性差異等諸多約束，這也是后續(xù)相關(guān)的研究和實(shí)踐工作中需繼續(xù)深化的關(guān)鍵所在。