基于源網(wǎng)荷互動的分布式能源智能化全過程管控體系研究

林琳，劉博，林祺蓉，王俏俏，劉紅霞

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，山東濟(jì)南250012）

基于源網(wǎng)荷互動的分布式能源智能化全過程管控體系研究

林琳，劉博，林祺蓉，王俏俏，劉紅霞

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，山東濟(jì)南250012）

社會發(fā)展對電力可靠性的要求越來越高，過去濟(jì)南地區(qū)配電網(wǎng)停電較多，供電質(zhì)量有待完善，客戶滿意度有待提升。通過分析原有分布式能源管理模式弊端，從分布式能源的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、驗收并網(wǎng)、運(yùn)行管理等各個流程采取措施，實現(xiàn)分布式能源全過程、全透明、可視化管控，變“被動式獨立運(yùn)行”為“主動式智能運(yùn)行”，提升供電質(zhì)量，提升供電企業(yè)品牌社會影響力。

源網(wǎng)荷互動；分布式能源；智能化管控

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，建立在化石能源基礎(chǔ)上的能源生產(chǎn)和消費方式亟待轉(zhuǎn)變，分布式能源作為基于小規(guī)模清潔能源及能量梯級利用設(shè)施，將發(fā)揮更加突出的作用［1］。分布式能源并網(wǎng)導(dǎo)致配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，采用原有的配電網(wǎng)控制技術(shù)已無法滿足電網(wǎng)的需求，同時故障恢復(fù)情況下流程復(fù)雜，處理時間長，恢復(fù)電力供應(yīng)周期長，對客戶供電可靠性帶來不利影響，影響客戶滿意度［2］。因此，優(yōu)化分布式能源并網(wǎng)流程、實施分布式全過程閉環(huán)管控、提升分布式能源管理水平，對提升濟(jì)南地區(qū)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平和供電企業(yè)品牌社會影響力具有重大意義。

作為“國際能源互聯(lián)網(wǎng)”的重要組成部分，分布式能源將發(fā)揮重要作用，逐步改善依靠化石能源發(fā)展的局面，實現(xiàn)局部電網(wǎng)供電自給自足，是未來智能化電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢［3］。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 運(yùn)轉(zhuǎn)流程

在濟(jì)南供電公司內(nèi)，分布式能源從規(guī)劃到運(yùn)行期間經(jīng)過規(guī)劃、審查、設(shè)計、建設(shè)、驗收、整改等多個環(huán)節(jié)與步驟，每個環(huán)節(jié)及步驟均由不同部門及單位負(fù)責(zé)，并網(wǎng)相關(guān)信息散落在各個系統(tǒng)，缺乏一體化的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)支撐，在配網(wǎng)接入審查、建設(shè)周期匯報、并網(wǎng)條件驗收、運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視等環(huán)節(jié)，在互相銜接、互動推進(jìn)方面存在管理上的壁壘，容易造成問題獲悉不及時、流程運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢，難以形成協(xié)同聯(lián)動，分布式能源管理一盤棋的合力。

1.2 前期規(guī)劃

分布式電源的整體規(guī)劃主要依靠客戶自身對分布式能源的判斷與投資情況，無法充分反映電網(wǎng)對分布式能源真正接納能力及規(guī)范化配置。造成前期規(guī)劃無法與電網(wǎng)需求進(jìn)行合理匹配，對區(qū)域電網(wǎng)長期運(yùn)行帶來一定安全隱患。

1.3 運(yùn)行管理

分布式能源并網(wǎng)運(yùn)行后，對10 kV并網(wǎng)分布式電源通常采取EMS或DMS系統(tǒng)的SCADA功能實現(xiàn)分布式電網(wǎng)發(fā)電數(shù)據(jù)在線監(jiān)視。但對380 V及220 V并網(wǎng)分布式電源缺少有效途徑及手段實現(xiàn)對其運(yùn)行管理。同時雖然對10 kV分布式能實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)采集，但缺少高階應(yīng)用，無法對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行長期評估，對區(qū)域電網(wǎng)的接納能力缺少衡量手段，無法進(jìn)行發(fā)電功率預(yù)測及周邊用電負(fù)荷預(yù)測。造成分布式能源運(yùn)行管理缺乏基本的控制基礎(chǔ)，對其管控更缺乏有效控制手段。

1.4 運(yùn)行狀態(tài)

對低壓用戶，分布式能源并網(wǎng)后，發(fā)電情況盡可通過月末進(jìn)行電費結(jié)算時確定當(dāng)月發(fā)電情況，無法獲知分布式發(fā)電系統(tǒng)即時運(yùn)行狀態(tài)；對10 kV分布式發(fā)電客戶，雖即時可獲取發(fā)電數(shù)據(jù)，但只能在配電室內(nèi)實時獲取，受制于地理環(huán)境，同時更無高階應(yīng)用對其發(fā)電狀況進(jìn)行指導(dǎo)，反饋發(fā)電變化情況及系統(tǒng)可能存在問題，缺少提供有效提升發(fā)電水平的具體措施。

2 智能化全過程管控體系

2.1 優(yōu)化管控體系

成立分布式能源并網(wǎng)協(xié)調(diào)工作組。濟(jì)南按管理轄區(qū)劃分有營業(yè)室、市場室、3個服務(wù)分中心及6個縣公司，每個機(jī)構(gòu)均具有獨立管轄轄區(qū)內(nèi)分布式電源并網(wǎng)協(xié)調(diào)及相關(guān)客戶管理職能，職能分散，從公司層面協(xié)調(diào)困難、周期長。濟(jì)南供電公司整合各個單位分布式能源并網(wǎng)協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)職能，由營銷部牽頭成立分布式能源并網(wǎng)協(xié)調(diào)工作組，統(tǒng)籌負(fù)責(zé)濟(jì)南市全部分布式能源并網(wǎng)協(xié)調(diào)工作，相關(guān)分布式業(yè)務(wù)均由此工作組統(tǒng)一協(xié)調(diào)開展，相關(guān)資源調(diào)配由協(xié)調(diào)工作組統(tǒng)一組織實施。

成立分布式能源運(yùn)行管理工作組。在原有調(diào)控模式下，配網(wǎng)調(diào)控班主要負(fù)責(zé)市轄區(qū)10 kV電網(wǎng)分布式能源的調(diào)控管理業(yè)務(wù)，對低壓并網(wǎng)的380 V及220 V分布電源監(jiān)管缺少有效手段。濟(jì)南供電公司由調(diào)控中心牽頭成立分布式能源運(yùn)行管理工作組，通過技術(shù)手段將380 V及220 V系統(tǒng)納入運(yùn)行管理部分，借助分布式能源智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)分布式能源24 h不間斷運(yùn)行監(jiān)控及源網(wǎng)荷互動、功率預(yù)測等功能。

兩個工作組協(xié)同配合管理模式。分布式能源并網(wǎng)協(xié)調(diào)工作組及分布式能源運(yùn)行管理工作組協(xié)同配合，并網(wǎng)協(xié)調(diào)工作組主要負(fù)責(zé)并網(wǎng)前3個環(huán)節(jié)的服務(wù)工作，并協(xié)助運(yùn)行管理工作組做好前期技術(shù)措施的實施及保障工作；運(yùn)行管理工作組負(fù)責(zé)后2個環(huán)節(jié)的服務(wù)工作，通過后期運(yùn)行分析，確定分布式能源區(qū)域接納能力及相關(guān)接入要求，反饋并網(wǎng)協(xié)調(diào)工作組在前期各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)合理化控制，避免規(guī)劃、設(shè)計等環(huán)節(jié)的盲目性，同時在確保電網(wǎng)安全的同時實現(xiàn)客戶利益最大化。分布式能源管控體系組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式能源管控體系組織結(jié)構(gòu)

2.2 配電網(wǎng)運(yùn)行實時監(jiān)控

為全面滿足故障研判需求，夯實配網(wǎng)搶修管理運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)，濟(jì)南供電公司按照國家電網(wǎng)公司《配電自動化建設(shè)與改造標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計技術(shù)規(guī)定》有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，建設(shè)大型配電自動化主站一套。配電自動化主站實現(xiàn)配電網(wǎng)及分布式能源的監(jiān)視和控制、故障告警、故障自動隔離處理、事故反演、電網(wǎng)分析應(yīng)用等功能。濟(jì)南供電公司同時開展配電線路自動化改造，重新規(guī)劃改造配電網(wǎng)一次網(wǎng)架，加裝配電開關(guān)和配電終端，累計改造環(huán)網(wǎng)柜219座、分段（聯(lián)絡(luò)）開關(guān)494臺，加裝分界開關(guān)2136臺，智能終端2 800余臺，敷設(shè)光纜337 km，接入線路519條，全部投入全自動饋線自動化模式，實現(xiàn)配電自動化全覆蓋。

配電自動化系統(tǒng)投運(yùn)后，適應(yīng)分布式能源接入系統(tǒng)的需要，實現(xiàn)了配網(wǎng)線路故障的自動隔離和自愈，提升電網(wǎng)運(yùn)行可靠性；實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)視和遙控操作，通過定量分析配電網(wǎng)運(yùn)行狀況，解決了調(diào)度員的盲調(diào)問題；通過遙控功能合理調(diào)整配網(wǎng)運(yùn)行方式，解決了配網(wǎng)現(xiàn)場操作到場時間長，受交通、天氣影響較大的難題。通過配電自動化系統(tǒng)建設(shè)，配網(wǎng)調(diào)控可以實時獲得配電網(wǎng)運(yùn)行信息，分析配電網(wǎng)運(yùn)行狀況，在配電網(wǎng)故障發(fā)生后能夠快速準(zhǔn)確做出故障研判，全面提升配電網(wǎng)實時監(jiān)控水平。配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)架構(gòu)

2.3 分布式智能化管控平臺

濟(jì)南供電公司于2013年開發(fā)建設(shè)分布式能源管理平臺（分布式能源監(jiān)控主站），平臺采用地區(qū)（市）級供電公司集中方式建設(shè)，支撐地縣兩級配網(wǎng)搶修業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過跨越安全區(qū)的數(shù)據(jù)交互總線或數(shù)據(jù)中心與相關(guān)系統(tǒng)集成，系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)并以服務(wù)的方式在總線上發(fā)布，模型及交互標(biāo)準(zhǔn)遵循IEC61970/61968-CIM和SG-CIM標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

分布式能源智能化管控平臺作為分布式能源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用的信息化支撐平臺，已全面實現(xiàn)了分布式能源接納能力分析、實時全方位監(jiān)控、防孤島保護(hù)及計劃孤島運(yùn)行、供電質(zhì)量實時可視化監(jiān)視、用電負(fù)荷短期及超短期預(yù)測、快速發(fā)電功率預(yù)測、運(yùn)行狀態(tài)實時評估預(yù)警、主動協(xié)調(diào)控制、用戶高度參與的智能手機(jī)客戶與系統(tǒng)互動等功能，實現(xiàn)了分布式能源的全過程智能化管控。分布式能源智能化管控平臺功能構(gòu)架如圖3所示。

圖3 分布式能源智能化管控平臺功能構(gòu)架

接納能力分析。對分布式能源進(jìn)行系統(tǒng)性分析，確定潮流及電壓約束條件，進(jìn)行靜穩(wěn)定及短路電壓電流的實時性分析，對分布式能源并入?yún)^(qū)域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性3個維度的綜合評估，確定局域電網(wǎng)對分布式能源并網(wǎng)接納能力可行性分析。

實時全方位監(jiān)控。實時獲取分布式能源發(fā)電信息現(xiàn)狀，同時實現(xiàn)周邊環(huán)境信息獲取，如氣溫、風(fēng)力、光照強(qiáng)度等。根據(jù)電氣數(shù)據(jù)實時生成圖形可視化潮流，方便電網(wǎng)調(diào)控人員即時判斷分布式電源狀態(tài)，實現(xiàn)分布式電源的全方位監(jiān)控。

孤島并網(wǎng)監(jiān)控。根據(jù)防孤島保護(hù)配置情況確定局部電網(wǎng)的非計劃性孤島和計劃性孤島運(yùn)行可行性，對具備孤島運(yùn)行的分布式網(wǎng)絡(luò)實施并網(wǎng)控制及檢測，科學(xué)合理安排分布式電源故障處理，確保電網(wǎng)運(yùn)行安全的同時提升用戶供電可靠性。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測。對分布式能源并網(wǎng)點電壓及諧波情況進(jìn)行在線監(jiān)測。不同原理分布式能源對系統(tǒng)適應(yīng)性及發(fā)電質(zhì)量不同，通過對電能質(zhì)量相關(guān)的諧波、電壓等要素進(jìn)行在線監(jiān)測，及時反饋電網(wǎng)調(diào)控人員及客戶，對設(shè)備或運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時調(diào)整，確保周邊用戶用電可靠、穩(wěn)定。

發(fā)電功率預(yù)測。根據(jù)系統(tǒng)實時獲取氣象等信息，結(jié)合發(fā)電模塊歷史及實時運(yùn)行狀態(tài)，通過一定的算法實現(xiàn)分布式能源發(fā)電功率預(yù)測。根據(jù)預(yù)測結(jié)果合理調(diào)整當(dāng)日全網(wǎng)發(fā)電計劃，確保供用電負(fù)荷匹配，提升電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

用電負(fù)荷預(yù)測。以環(huán)境信息為基礎(chǔ)，結(jié)合歷史負(fù)荷特性及曲線，對未來一段時期電網(wǎng)用電負(fù)荷情況進(jìn)行定量預(yù)測，確保合理安排發(fā)電機(jī)組出力，保障電網(wǎng)安全。

運(yùn)行狀態(tài)實時評估預(yù)警。通過各項電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)及對未來、歷史數(shù)據(jù)的綜合分析，評估當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，包括緊急狀態(tài)、恢復(fù)狀態(tài)、異常狀態(tài)、警戒狀態(tài)、非經(jīng)濟(jì)安全狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)安全狀態(tài)，并通過可視化圖形信息進(jìn)行直接展示，方便電網(wǎng)調(diào)控人員及時掌握電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)及存在問題，為及時消除電網(wǎng)隱患及故障提供可靠技術(shù)保障。

主動協(xié)調(diào)控制。根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)對電網(wǎng)進(jìn)行主動控制，如通過主配網(wǎng)協(xié)調(diào)沖擊電流計算協(xié)調(diào)主配網(wǎng)進(jìn)行大面積負(fù)荷轉(zhuǎn)移；實施局部電網(wǎng)計劃性孤島供電；在負(fù)荷高峰時段進(jìn)行計劃性削峰填谷；當(dāng)電網(wǎng)供電能力不足時及時介入需求側(cè)負(fù)荷管理，實施有序用電等。

通過分布式能源智能化管控平臺，提供了基于多數(shù)據(jù)源的分布式電源運(yùn)行狀態(tài)分析，通過利用對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)測狀態(tài)、風(fēng)險預(yù)控、主動控制、智能互動等立體化、可視化管理手段，確保分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行全過程管理，實現(xiàn)分布式電源運(yùn)行管理的快速化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化。同時，通過全面監(jiān)測分布式電源運(yùn)行狀況，利用在線風(fēng)險評估與預(yù)警等功能，對各類設(shè)備異常進(jìn)行科學(xué)評估，及時發(fā)現(xiàn)隱患風(fēng)險、主動預(yù)警提示，變事后被動搶修為主動預(yù)防性調(diào)整，減少用戶停電時間，提高供電可靠性。

2.4 應(yīng)用效果

分布式能源全過程管控體系建設(shè)后，2016年上半年，停電用戶數(shù)平均下降20%，用戶停電時間平均縮短24%，大幅降低了運(yùn)行檢修人員的工作量，供電可靠性和服務(wù)質(zhì)量顯著提升。按節(jié)省電量進(jìn)行計算，累計經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到767萬元，平均年度效益額447萬元。供電可靠率由99.684%提供到99.992%以上。通過分布式管理平臺，有效縮短停電范圍及停電時間，使客戶真正體會到“以客戶為中心”的供電服務(wù)意識，客戶供電服務(wù)滿足度調(diào)查由92%提高到96%。

3 結(jié)語

通過建設(shè)基于源網(wǎng)荷互動的分布式能源智能化全過程管控體系，提升了濟(jì)南電網(wǎng)分布式能源整體管理水平，對濟(jì)南市配網(wǎng)運(yùn)行管理的提升以及提高管理決策的準(zhǔn)確性和時效性發(fā)揮了重要作用，特別對分布式能源接納水平及評價、計劃性及故障非計劃孤島運(yùn)行、配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實時評估預(yù)警及主動決策等方面進(jìn)行了積極探索，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。通過分布式能源智能化管控，加快轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式、提高清潔能源比重，有效地提高能效、減少污染，實現(xiàn)能源需求減量化、能源供應(yīng)充足化、能源供應(yīng)清潔化，顯著減少碳排放，緩解化石能源開發(fā)引發(fā)的氣候變暖弊端，對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、能源資源供應(yīng)、能源消費行為起到引導(dǎo)和促進(jìn)作用。

［1］劉振亞.全球能源互聯(lián)網(wǎng)［M］.北京：中國電力出版社，2015.

［2］王成山，李鵬.分布式發(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2010，34（2）：10-14.

［3］查亞兵，張濤，譚樹人，等.關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識與思考［J］.國防科技，2012，33（5）：1-6.

Research on Distributed Energy Intelligent Whole Process Management and Control System Based on Source Network Interaction

LIN Lin，LIU Bo，LIN Qirong，WANG Qiaoqiao，LIU Hongxia
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Coming with the development of the society，the requirment for the reliability of the electrical power supply is becoming higher.In the past，more frequent power outageed happens in Ji’nan area.The quality of power supply needs to be improved to satisfy the need of customers.By analyzing the problem of the traditional model of the distributed energy management，improvement are made based on the problem identified within the various processes of distributed energy management such as planning，designing，construction，acceptance and grid operation management.This ensures that the implementation of distributed energy is visibly controlled through the whole process with maximum transparency.Through these actions，the old“passive independent operation”is replaced by the new“active intelligent operation”with enhanced quality of power supply and improved social influence of the power supply enterprise brand.

source network interaction；distributed energy；intelligent control

TM73

A

1007－9904（2017）05－0047－04

2017-03-20

林琳（1987），女，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)運(yùn)行管理工作；劉博（1987），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理工作；林祺蓉（1972），女，高級工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理工作；王俏俏（1984），女，高級工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)運(yùn)行管理工作；劉紅霞（1985），女，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)運(yùn)行管理工作。