基于北斗技術(shù)的分布式新能源智能調(diào)控

黃少雄，李端超，陳 實(shí)，黃太貴

（國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽 合肥 230022）

基于北斗技術(shù)的分布式新能源智能調(diào)控

黃少雄，李端超，陳 實(shí)，黃太貴

（國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽 合肥 230022）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源消費(fèi)模式已漸現(xiàn)弊端，太陽能、風(fēng)能等可再生能源的開發(fā)和利用無疑是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。目前電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接入主要采用分布式發(fā)電技術(shù)，但分布式發(fā)電具有分散、隨機(jī)變動(dòng)等特點(diǎn)，大量的分布式電源的接入給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大影響。如何采集這些分布式電源的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的智能調(diào)度管理是迫切需要解決的問題。提出了基于北斗技術(shù)的分布式電源信息采集方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式新能源的實(shí)時(shí)信息采集和智能調(diào)度控制，解決其對(duì)電網(wǎng)安全的影響，保障新能源的安全接入和高效利用。

北斗；分布式發(fā)電；新能源；智能調(diào)控

大電網(wǎng)與分布式供電系統(tǒng)相結(jié)合已被世界許多能源、電力專家認(rèn)為是能提高供電可靠性和靈活性，同時(shí)又能節(jié)省投資、降低能耗的主要供電方式，是未來電力工業(yè)的發(fā)展方向［1］。同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)新能源接入的主要手段。

目前安徽省內(nèi)分布式小電源包括小型水電站、風(fēng)電廠、光伏電站、小型生物質(zhì)能發(fā)電廠等共567座，總裝機(jī)容量2 128 MW，約占社會(huì)總裝機(jī)容量的8%，相當(dāng)于2座百萬級(jí)裝機(jī)的大電廠，總發(fā)電能力不可小覷。這些分布式電廠由于受地理環(huán)境等因素的影響，多數(shù)不具備與電力調(diào)控中心通信的條件，調(diào)控中心缺乏對(duì)此類小型發(fā)電企業(yè)的實(shí)時(shí)調(diào)度管理手段，不利于電網(wǎng)安全和新能源的合理調(diào)配，增加電量損耗。因此，迫切需要尋找一種建設(shè)投資少、安全可靠性高的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式新能源的智能調(diào)度控制。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

要實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式新能源發(fā)電廠的智能調(diào)度控制，首先需要各發(fā)電廠的電力自動(dòng)化設(shè)備、安全自動(dòng)保護(hù)設(shè)備、故障及事件記錄等智能設(shè)備由統(tǒng)一的衛(wèi)星授時(shí)，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行；其次是要建立調(diào)控中心與發(fā)電廠的信息通信，使調(diào)控中心可以實(shí)時(shí)采集分布式電源的運(yùn)行信息并對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

目前全世界有4套衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：中國“北斗”、美國“GPS”、俄羅斯“格洛納斯”和歐洲“伽利略”。這4套系統(tǒng)均具備衛(wèi)星授時(shí)功能，但只有中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通信功能的集成，目前服務(wù)范圍已覆蓋中國及周邊地區(qū)，這無疑為分布式新能源電廠的智能調(diào)度控制提供了重要的技術(shù)支撐。

目前，北斗衛(wèi)星短報(bào)文通信服務(wù)屬于授權(quán)服務(wù)，民用通信中每條短報(bào)文信息最大容量為44個(gè)漢字或157個(gè)16進(jìn)制數(shù)［2］?？蓪?shí)現(xiàn)電廠與調(diào)控中心系統(tǒng)間的雙向簡短數(shù)字報(bào)文通信（以下簡稱短信）。短信傳輸過程由以下幾個(gè)步驟組成：①將分布式電源點(diǎn)的運(yùn)行信息以短信形式通過電廠的終端機(jī)上傳到北斗衛(wèi)星；②北斗衛(wèi)星接收到上傳短信后，再向地面的中心站轉(zhuǎn)發(fā)；③中心站將接收到的短信解析后提供給智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)；④智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的控制指令也可以短信形式通過中心站下發(fā)到電廠的終端機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的遠(yuǎn)程控制。

2 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)

智能化調(diào)度是未來電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，其最終目標(biāo)是建立一個(gè)基于廣域同步信息的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和緊急控制一體化的新理論與新技術(shù)，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)元件的保護(hù)和控制、區(qū)域穩(wěn)定控制、緊急控制、解列控制和恢復(fù)控制等具有多道安全防線的綜合防御體系［3］。

目前國家電網(wǎng)公司的智能調(diào)度控制系統(tǒng)已建成并投運(yùn)，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)由基礎(chǔ)平臺(tái)和實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警、調(diào)度計(jì)劃、安全校核、調(diào)度管理四類應(yīng)用組成［4］（見圖1）。

圖1 智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

主調(diào)系統(tǒng)和備調(diào)系統(tǒng)采用完全相同的系統(tǒng)體系架構(gòu)，具有相同的功能并實(shí)現(xiàn)主、備調(diào)的一體化運(yùn)行。橫向上，調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)通過統(tǒng)一的基礎(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)四類應(yīng)用的一體化運(yùn)行；縱向上，通過統(tǒng)一的基礎(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各級(jí)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)間的協(xié)同運(yùn)作。最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的智能化調(diào)度控制。

建設(shè)智能調(diào)度是促進(jìn)節(jié)能減排、服務(wù)和諧社會(huì)和“兩型”社會(huì)、構(gòu)建國家能源戰(zhàn)略的需要［5］。通過先進(jìn)的調(diào)度和控制技術(shù)服務(wù)于靈活的能源接入，實(shí)現(xiàn)廣域范圍的能源資源瞬時(shí)優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)?？稍偕茉撮_發(fā)的有效接納，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展［6］。建設(shè)智能調(diào)度是加強(qiáng)電網(wǎng)安全保障和提升抵御風(fēng)險(xiǎn)能力的重要手段。

3 總體架構(gòu)與技術(shù)方案

要實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式新能源電廠的智能調(diào)度控制，采用智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)與北斗技術(shù)對(duì)接的方案無疑是最優(yōu)的選擇。在分布式電源側(cè)配置電力數(shù)據(jù)北斗衛(wèi)星采集終端實(shí)現(xiàn)電源側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的綜合采集，并通過北斗衛(wèi)星通道將數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度主站端，由主站信息平臺(tái)集中處理和存儲(chǔ)。同時(shí)，信息管理平臺(tái)與智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)各功能模塊進(jìn)行信息交互，供智能調(diào)度、運(yùn)行監(jiān)控和網(wǎng)損計(jì)算分析使用（見圖2）。

圖2 基于北斗技術(shù)的分布式新能源調(diào)控架構(gòu)圖

整個(gè)系統(tǒng)分為主站層、通信傳輸層和子站層，主站與子站采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，便于多個(gè)子站靈活方便地接入主站。

3.1 子站層配置

子站層配置電力信息北斗衛(wèi)星采集終端。采集內(nèi)容包括：遙信數(shù)據(jù)（開關(guān)量等信息）；遙測(cè)數(shù)據(jù)（三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)以及水位等數(shù)據(jù)）；計(jì)量數(shù)據(jù)（正向有功、反向有功、正向無功、反向無功等）。同時(shí)利用電力信息北斗衛(wèi)星采集終端實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備的北斗衛(wèi)星時(shí)鐘同步。采集終端還可以接收調(diào)度端的控制指令，實(shí)現(xiàn)調(diào)度端對(duì)廠站端設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

3.2 通信傳輸層配置

通信傳輸層采用北斗衛(wèi)星通信通道，通信傳輸電力信息包括以下幾個(gè)步驟：①獲取北斗通信系統(tǒng)的用戶信息；②請(qǐng)求并接受北斗衛(wèi)星用戶機(jī)的授時(shí)；③請(qǐng)求北斗衛(wèi)星用戶機(jī)的ID及地理位置信息；④按照設(shè)定模式進(jìn)行有選擇地將數(shù)據(jù)信息上傳給衛(wèi)星用戶機(jī)；⑤衛(wèi)星用戶機(jī)通過北斗單項(xiàng)加密通道，將電力信息數(shù)據(jù)封裝后送至調(diào)度主站的北斗指揮機(jī)；⑥指揮機(jī)對(duì)收到的信息進(jìn)行解析，并按照標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)到平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中。在此通信過程中，通信傳輸層采用專用加密通信規(guī)約，具體通信規(guī)約內(nèi)容見表1、表2。

表1 上行報(bào)文（廠站端→調(diào)度端）

表2 下行報(bào)文（調(diào)度端→廠站端）

3.3 主站層配置

主站層建設(shè)分布式電源信息采集平臺(tái)，平臺(tái)與智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式新能源的智能調(diào)度控制。平臺(tái)與智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)主要采用以下幾種交互方式：①響應(yīng)總召。當(dāng)接收到總召命令時(shí)，將平臺(tái)上所有需要上傳到智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以響應(yīng)總召的方式全部上傳。②突發(fā)上傳。平臺(tái)當(dāng)接收到變化數(shù)據(jù)的時(shí)候，通過數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器，向智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)平臺(tái)也定期掃描數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變化，將變化的數(shù)據(jù)通過突發(fā)上傳的方式發(fā)送到智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)。③控制指令下發(fā)。當(dāng)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的各分布式電源運(yùn)行信息計(jì)算分析后得出相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)策略后，由平臺(tái)將控制指令下發(fā)到相應(yīng)廠站的電力信息北斗衛(wèi)星采集終端，終端按照主站控制指令對(duì)站內(nèi)一次設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。

4 效益分析

4.1 技術(shù)方面

實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心對(duì)分布式電源的智能調(diào)度控制，提高了電網(wǎng)對(duì)新能源的接入和消納能力，確保電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廠站二次設(shè)備的北斗衛(wèi)星對(duì)時(shí)，避免了采用GPS衛(wèi)星對(duì)時(shí)技術(shù)受到美國的制約而中斷服務(wù)，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成隱患。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益方面

根據(jù)實(shí)際工程計(jì)算，建設(shè)1個(gè)分布式電源點(diǎn)的平均投資，采用北斗技術(shù)的約7萬元（北斗采集設(shè)備具備通信和對(duì)時(shí)功能，費(fèi)用7萬元，5年免通信費(fèi)用）。采用光纖通信的約67萬元（5萬元采集設(shè)備費(fèi)用＋2萬元／km×平均一個(gè)站約30 km通道＋2萬元衛(wèi)星時(shí)鐘同步設(shè)備）。采用GPRS無線通信的費(fèi)用約11.5萬元（5萬元采集設(shè)備費(fèi)用＋4萬元二次防護(hù)建設(shè)費(fèi)用＋2萬衛(wèi)星時(shí)鐘同步設(shè)備＋每年0.1萬元通道租賃費(fèi)用×5年）?？梢姴捎帽倍芳夹g(shù)具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，按安徽省內(nèi)567座分布式電源點(diǎn)的總量計(jì)算，至少可節(jié)約投資資金2 835萬元。

4.3 社會(huì)效益方面

基于北斗技術(shù)的分布式新能源智能調(diào)控方案一方面提高了整個(gè)電網(wǎng)的新能源接入和消納能力，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的節(jié)能減排；另一方面也是首次將北斗通信技術(shù)應(yīng)用到電力行業(yè)，是對(duì)國家北斗發(fā)展戰(zhàn)略的積極響應(yīng)和有力支撐。

5 結(jié)論

基于北斗技術(shù)的分布式新能源智能調(diào)控方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分布式新能源的關(guān)鍵電力信息采集和傳輸，并與智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心對(duì)分布式電源的智能調(diào)度控制。方案建設(shè)投資少，安全可靠性高，較有線通信和GPRS無線通信節(jié)省投資和運(yùn)維費(fèi)用，同時(shí)在不追加任何投資的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠自動(dòng)化設(shè)備的北斗衛(wèi)星時(shí)鐘同步，利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

［1］ 鄭 劍，劉 克，申金平.分布式供電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響［J］.東北電力技術(shù)，2006，27（4）：4－6.

［2］ 姚作新.基于北斗衛(wèi)星短信通信方式的無人值守自動(dòng)氣象站［J］.氣象科技，2012，40（3）：340－343.

［3］ 陶 程，任普春.智能調(diào)度研究綜述［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（10）：10－12.

［4］ Q／GDW 680—2011，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)［S］.

［5］ 劉振亞.加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)國家電網(wǎng)促進(jìn)中國能源可持續(xù)發(fā)展［J］.中國電力，2006，39（9）：5－7.

［6］ 張粒子，李才華，羅 鑫.促進(jìn)我國可再生能源電力發(fā)展的政策框架研究［J］.中國電力，2006，39（4）：86－90.

Intelligent Control Technology of Distributed Renewable Energy Based on BeiDou Navigation Satellite System

HUANG Shao?xiong，LI Duan?chao，CHEN Shi，HUANG Tai?gui
（Anhui Electric Power Corporation，Hefei，Anhui 230022，China）

With the development of society，the mode of traditional energy consumption could not meet our requirement in few years later.The only way to resolve this problem is using renewable energy，such as solar energy，wind energy and so on.At present，distrib?uted technology is used to the renewable energy access to power grid.But distributed technology is dispersed and stochastic，and a large number of distributed renewable energy would bring great influence to the safe of power grids.How to collect the information of distribu?ted renewable energy，and how to control it，is an urgent problem to be dealt with.This paper mainly presents the information acquisi?tion and intelligent control of distributed renewable power which based on Beidou technology.In this way the impact on the power grid security be reduced，and the efficiency of renewable energy using is improved.

Beidou navigation satellite system；Distributed renewable energy；Intelligent control

TM73

A

1004－7913（2015）02－0026－03

黃少雄（1985—），男，碩士，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化工作。

2014－11－29）