DERMS:配电网现代化平台

背景

电力行业正在经历重大变化，间歇可再生能源发电在大容量发电和分布式能源(DERs)在配电层面的份额越来越大。随着大型太阳能光伏发电和风力发电的变化，这些变化带来了运营和可靠性挑战，同时规划传统基本负荷发电的退役，并由于der而经历需求的变化。与此同时，数据通信、连接设备、楼宇自动化和消费者情绪等方面的进步正在引发电力行业的根本性变化。

保持电力供应的可靠性和可承受性一直是电力系统运行的长期目标。面对风能和太阳能发电的可变性、间歇性和持续增长率，再加上零售和客户层面越来越多地采用der，需要额外的灵活资源和实时能量平衡来保持电网的可靠性和稳定性。适当管理的需求侧资源可以提供这种灵活性，利用这些资源可以提高系统的可靠性、弹性和电力供应的稳定性，并使其负担得起。

FERC里程碑式的2222号命令要求所有ISO/RTO允许DER聚合(DERAs)参与他们在技术上有能力参与的所有ISO/RTO产品市场，并指定DER聚合者为一种市场参与者。这是一个影响深远的命令，因为它跨越了配电和零售电力管辖权。第2222号命令正式规定了在大宗和零售电力系统以及市场运作的所有方面进行der的整合和参与。该命令要求rto接受小至100kW的DER聚合，对组成聚合的单个资产没有大小限制。

这一具有里程碑意义的FERC命令在一定程度上反映了通过dera与系统运营和能源市场的集成可以获得的能力和经济效益。DERAs(又名虚拟发电厂)是配电网上的资源，可以有效地充当发电机和/或负载。

为所有电网边缘资源提供可见性和态势感知，并对这些资源进行调度或控制，以提供各种电网服务，已成为配电网运行的要求，可为批量系统运行和能源市场提供很高的价值。

图1:智能互联需求侧资产提供了缓解可再生能源发电间歇影响所需的灵活性

配电网的新运行要求

传统上，配电网操作的重点一直是管理配电线路和保护、控制和调节设备，以可靠地将电力从供电变电站输送到最终用户。软件工具和系统已被用于监测配电网设施的状态，以便在所需电压下可靠地输送电力，并在停电的情况下，安全及时地恢复系统。由于经济和技术方面的考虑，公用事业公司的配电SCADA (D-SCADA)和配电管理系统(DMS)的覆盖范围仅限于主要(高中压)配电设备，假设所控制的设施和设备为公用事业公司所有。配电中断管理系统(OMS)也广泛用于支持中断后的系统恢复。

在许多情况下，公用事业面临技术和组织竖井，以及由此产生的数据划分。例如，客户服务组可能在其客户信息系统(CIS)中维护客户数据，网格操作组中的操作员和系统可能无法访问这些数据。

随着非公用事业拥有的der的不断扩大渗透，在配电业务和配电公用事业的角色中有显著的功能扩展和变化。这部分是由于der对配电网的影响，以及它们可以为电网和批发市场运营提供支持的能力。配电运营商将需要对DER及其所在的电网部分具有可见性，能够预测DER提供各种电网服务的能力，能够实时调度和控制它们，并且运营商必须能够评估它们对电网的影响。

此外，客户和第三方拥有的资源通常根据给定的关税或合同进行操作，并对根据关税或合同条款提供的服务进行补偿。因此，配电公用事业需要将DER操作的商业方面与电网相关的信息、操作需求和约束结合起来的能力。分布式能源资源管理系统(DERMS)提供了这样的功能。

图2:DERMS将现代化电网的商业操作和网格操作结合在一起

ADMS保证配电网的实时可靠性

图3:DERMS相对于ADMS的主要功能

高级配电管理系统

ADMS (Advanced Distribution Management System)是集成D-SCADA、DMS和配电的模块化系统。OMS提供完全集成的解决方案，或在à点菜的基础上提供。

ADMS利用SCADA的实时数据采集能力以及DMS和OMS应用程序来支持实时配电网运行。这里的主要目标是提高系统可靠性指标，包括系统和客户平均中断持续时间指数(SAIDI/CAIDI)和系统平均中断频率指数(SAIFI)。

快速用例将有助于说明ADMS系统的目的和效率。如果电杆被汽车撞倒，像FLISR(故障定位、隔离和服务恢复)这样的DMS应用程序，在实时D-SCADA信息和位于现场的故障检测器的帮助下，将识别和隔离故障位置。OMS将定位到最近的卡车调度到该位置。然后，ADMS为现场人员创建切换命令以执行恢复。OMS功能利用AMI (Advanced Meter Infrastructure)的last gasp信息，检测客户是否停机。

DERMS管理DER和DER聚合生命周期，从注册到提供网格服务和结算，并提供从物联网设备到市场和跨公用事业企业系统的集成。

图4:DERMS汇集了来自不同来源的运营和商业数据，并为关键系统和流程提供信息

分布式能源管理系统

一个合理设计和实现的DERMS可以解决电网可靠性操作和处理DER的商业方面的问题，例如与客户和其他第三方DER资产所有者的关联交易。DERMS直接或通过聚合器和第三方前端提供DER的监视和控制，并管理DER计量和遥测数据。它与其他企业和遗留系统(包括DMS/ADMS)连接并交换数据和控制，打破了分布公用事业组织之间的数据孤岛，作为与der及其操作相关的所有数据的记录系统。DERMS提供了对配电网拓扑连接、潮流和电压建模的能力，并将配电网运营商的可见性扩展到ADMS不可见的部分电网。它还提供了预测、调度和分析DER对网格的影响的功能，并监视DER操作以及与客户、聚合器、网格运营商、ISO和其他利益相关者的交易。DERMS解决了电网可靠性操作和与管理客户、资产和合同问题相关的商业方面的问题。

一些有需求管理经验的供应商将DERMS定位为短视的，仅仅是需求响应管理系统(DRMS)的扩展。这种观点缺乏电力系统专业知识来建模和评估控制需求侧资产(DR和DER)可能对配电网和大容量电力系统的运行产生的影响和收益。这些可能包括提供频率响应以减轻减小系统惯性的影响，管理反向潮流，解决配电网运行约束，如电压限制，相位不平衡及其对配电网损耗的影响，或由DER操作间歇引起的波动，等等。这些功能都包含在一个功能齐全的DERMS中。

简而言之，DERMS有助于将der从电网可靠性挑战转变为具有成本效益的电网服务，进而提高电网可靠性、稳定性和弹性，同时还改善了供应经济。

设计良好的DERMS允许公用事业公司最大限度地减少可再生能源的限制，而是利用DERMS来提供电网服务，包括容量、各种形式的储备、频率响应和电压支持，等等。更一般地说，DERMS有助于优化der的使用，通过考虑技术、运营和经济因素，使它们在多个系统中得到最佳利用，同时还满足当地客户、关税、合同和电力购买协议(PPA)的要求。一个设计良好的DERMS，如OATI的webSmartEnergy®DERMS解决方案，提供了以下功能:

• 多功能性:使用同构或异构DER类型处理广泛的DER资产和DER聚合
• 增强的可见性:利用现场接口和数据源
• 可扩展性和适应性:支持代表客户、der及其操作的大量数据。提供可伸缩性以支持不断增长的组织需求。
• 性能:为监控、调度、控制和管理大量der提供所需的性能
• 领域与企业整合:支持与der、第三方终端和企业系统(AMI、OMS、DMS、MDMS、CIS、EMS、GIS和其他系统)集成的行业互操作性标准
• 网络安全:严格遵守行业和联邦网络安全标准。

根据我们的现场经验，如果由DERMS妥善管理，DER资产可以通过提供不同的产品和服务，产生每千瓦DER容量50至500美元的年度收入流。这还不包括对电网和消费者的额外“弹性”好处。为了评估和货币化弹性的价值，通常使用主观指标，这可能远远超过上面引用的可量化的好处。