主動(dòng)式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)

長(zhǎng)園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司 黎海亮 趙 龍

1 序言

傳統(tǒng)配電網(wǎng)系統(tǒng)，線路選型、設(shè)備選型、繼電保護(hù)的整定，考慮的都是電流單方向流動(dòng)的特點(diǎn)，沒(méi)有針對(duì)分布式電源給出合理的調(diào)控方案，沒(méi)有多能互補(bǔ)的響應(yīng)需求。主動(dòng)配電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)，需要完成分布式電源監(jiān)控、分布式電源調(diào)度、分布式電源消納、全網(wǎng)多能組合優(yōu)化等控制目標(biāo)。

主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，需要從源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)4個(gè)方面進(jìn)行考慮配套，電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能四部分通過(guò)軟、硬件數(shù)據(jù)交互，由中央控制系統(tǒng)調(diào)度，更經(jīng)濟(jì)、高效地提高電力系統(tǒng)功率動(dòng)態(tài)平衡能力，實(shí)現(xiàn)能源最大化利用。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的主動(dòng)式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，屬于AEMS(Active Energy Management System)主動(dòng)式能量管理系統(tǒng)方案，強(qiáng)調(diào)對(duì)“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”的優(yōu)化調(diào)度，通過(guò)這一技術(shù)可以把配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的被動(dòng)型用電網(wǎng)，轉(zhuǎn)變成可以根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)管理與控制，并提供主動(dòng)服務(wù)的主動(dòng)配電網(wǎng)。

“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”優(yōu)化調(diào)度控制算法是整個(gè)主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的核心，強(qiáng)調(diào)“主動(dòng)管理(active network management)”，充分利用主動(dòng)配電網(wǎng)的可控資源，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)的主動(dòng)控制、負(fù)荷側(cè)的主動(dòng)響應(yīng)和發(fā)電側(cè)的主動(dòng)參與，變被動(dòng)接受為主動(dòng)利用，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行目標(biāo)。有效降低網(wǎng)絡(luò)損耗，提高分布式能源的使用效率，改進(jìn)負(fù)荷功率因數(shù)，提高配電網(wǎng)效率。

系統(tǒng)基于主動(dòng)式能量管理技術(shù)和通訊技術(shù)，網(wǎng)內(nèi)各子系統(tǒng)，均與“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”優(yōu)化調(diào)度控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，接收協(xié)調(diào)控制命令。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 優(yōu)化調(diào)度控制算法

兩級(jí)能源優(yōu)化調(diào)度消納技術(shù)，“點(diǎn)消納”和“線消納”模式相結(jié)合。“點(diǎn)消納”就是以分布式能源為核心，能源在一定范圍內(nèi)自產(chǎn)自銷，微電網(wǎng)就是一種理想的方式；“線消納”就是分布式能源多發(fā)的電量，可以在配電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的線路上進(jìn)行轉(zhuǎn)移利用，不直接倒送至變電站造成線損浪費(fèi)，而是進(jìn)行‘線上轉(zhuǎn)移消納’，這是主動(dòng)配電網(wǎng)的主要能源消納方式。

優(yōu)化調(diào)度消納算法建立過(guò)程如下，

（1）數(shù)據(jù)收集：收集風(fēng)光資源數(shù)據(jù)、風(fēng)光電站的年出力曲線，收集各類儲(chǔ)能系統(tǒng)的出力特性曲線與充放電壽命曲線，收集區(qū)域各類用戶的電、熱、冷、氣年負(fù)荷特性曲線等；

（2）優(yōu)化建模：基于外部因素與內(nèi)部需求分析，制定優(yōu)化目標(biāo)，明確約束條件，建立優(yōu)化模型。

（3）模型求解：對(duì)復(fù)雜優(yōu)化模型進(jìn)行分階段的解耦求解，最終得到局域能源互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)化配置方案，并進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行驗(yàn)證。

優(yōu)化調(diào)度對(duì)象為分布式電源、微電網(wǎng)、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施等接入配電網(wǎng)以及負(fù)荷，對(duì)配電網(wǎng)各種資源進(jìn)行調(diào)度。優(yōu)化調(diào)度資源包括變電站低壓側(cè)母線到配變之間的各種電氣資源。優(yōu)化調(diào)度時(shí)間包括1年之中多個(gè)時(shí)間尺度的資源調(diào)度，分為長(zhǎng)期(年度/季度)、中長(zhǎng)期(月度/雙周)、短期(日前)、超短期(小時(shí))、實(shí)時(shí)調(diào)度(分鐘/秒)。

● 以《配電網(wǎng)運(yùn)行水平和供電能力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》為指導(dǎo)，在保證配電網(wǎng)運(yùn)行一般約束條件下提高配電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

● 各時(shí)間尺度有不同的優(yōu)化權(quán)重，其中實(shí)時(shí)和超短期以可靠性為主要優(yōu)化目標(biāo)，

● 短期、中長(zhǎng)期、長(zhǎng)期以經(jīng)濟(jì)性為主要優(yōu)化目標(biāo)。

● 保障重要負(fù)荷可靠供電和電網(wǎng)的安全供電，以協(xié)調(diào)平衡優(yōu)質(zhì)可靠供電與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)，盡量避免破壞負(fù)荷的自然用電特性，調(diào)度方案最大程度利用清潔可再生能源。

3.2 多區(qū)域綜合負(fù)荷預(yù)測(cè)

主要指所轄多區(qū)域內(nèi)電負(fù)荷、熱負(fù)荷、冷負(fù)荷、天然氣負(fù)荷的綜合預(yù)測(cè)。對(duì)負(fù)荷的峰值、用量以及特性曲線做精準(zhǔn)的細(xì)分預(yù)測(cè)。負(fù)荷預(yù)測(cè)是所有后續(xù)設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，很大程度上決定了這個(gè)項(xiàng)目的成本。

● 提供綜合優(yōu)化預(yù)測(cè)算法，包括趨勢(shì)分析法、回歸分析法、指數(shù)平滑法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法；

● 能夠?qū)λ茌犽娋W(wǎng)進(jìn)行分區(qū)預(yù)測(cè)，對(duì)多條負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行匯總，對(duì)轄區(qū)內(nèi)的電、熱、冷、氣等負(fù)荷獨(dú)立預(yù)測(cè)；

● 能夠考慮若干因素，如節(jié)假日、氣候、溫度等對(duì)負(fù)荷的影響，提供精細(xì)化的預(yù)測(cè)結(jié)果，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)誤差，氣象數(shù)據(jù)和控制參數(shù)可人工設(shè)置；

● 超短期和短期負(fù)荷預(yù)報(bào)為在線預(yù)報(bào)，可以定時(shí)或隨時(shí)啟動(dòng)，以多種方式輸出顯示；

● 能夠以曲線或表格形式將歷史數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，供查詢和修改；能夠按用戶定義的模式，自動(dòng)形成日負(fù)荷計(jì)劃和預(yù)測(cè)結(jié)果文件。

3.3 云平臺(tái)搭建模式

系統(tǒng)采用自主開(kāi)發(fā)的“SmartCloud智慧電力云平臺(tái)”架構(gòu)，適配國(guó)內(nèi)外主流軟硬件平臺(tái)，支持大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，完美支持眾多瀏覽器及移動(dòng)終端。用戶的各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)，搭建方式靈活，可選擇私有云“SmartCloud智慧電力云平臺(tái)”，也可選擇公有云“阿里云平臺(tái)”解決方案。

云平臺(tái)方式搭建主動(dòng)式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，能夠大幅降低專業(yè)機(jī)房、系統(tǒng)軟硬件的投資費(fèi)用，解決方案優(yōu)勢(shì)如下：

● 按需購(gòu)買，根據(jù)業(yè)務(wù)的迅速增長(zhǎng)，可隨時(shí)彈性擴(kuò)容，滿足用戶的需求。

● 保證了經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還解除了監(jiān)測(cè)信息傳播限制，使運(yùn)營(yíng)者通過(guò)移動(dòng)終端隨時(shí)隨地查看。

● 平臺(tái)具備高并發(fā)處理能力，結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)的分布式架構(gòu)，提供高性能的在線服務(wù)；

● 具備多種數(shù)據(jù)分析服務(wù)，擁有強(qiáng)大的計(jì)算資源，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘；

● 具備全年365天不間斷服務(wù)，以及異地容災(zāi)備份能力，確保安全運(yùn)營(yíng)。

3.4 C/S、B/S混合部署模式

主動(dòng)式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)具備C/S、B/S及混合部署模式，既滿足電力監(jiān)控行業(yè)嚴(yán)格的安全防護(hù)規(guī)定，保證完全接入上級(jí)能源管理系統(tǒng)；又提供靈活、快速的部署機(jī)制，便捷的訪問(wèn)模式，滿足智慧能源“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展趨勢(shì)。生產(chǎn)控制大區(qū)和信息管理大區(qū)物理隔離，通過(guò)協(xié)同管控機(jī)制進(jìn)行信息安全交互。

系統(tǒng)提供系統(tǒng)資源管控、通信資源管控、安全防護(hù)管理、時(shí)鐘同步管等功能；提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能，可以和遠(yuǎn)動(dòng)、保信、電量、在線監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；支持超大規(guī)模、海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，適合大規(guī)模能量管理系統(tǒng)要求；提供完善的自愈控制系統(tǒng)，配合智能終端，快速切除配電線路故障，第一時(shí)間完成非故障區(qū)域供電，減少停電損失；通過(guò)B/S服務(wù)器，支持手機(jī)/平板等應(yīng)用，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖形、曲線、報(bào)表、事項(xiàng)等查詢。

3.5 主網(wǎng)/配網(wǎng)一體化建模技術(shù)

主動(dòng)式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)在滿足數(shù)據(jù)一致性、標(biāo)識(shí)一致性的前提下，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息交互依據(jù)IEC 61968和IEC 61970國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模和交換。系統(tǒng)提供IEC 61968消息及其之間聯(lián)系的圖形化描述與可視化功能。各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)電氣設(shè)備的統(tǒng)一編碼，信息資源統(tǒng)一規(guī)劃，保證整個(gè)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)源的唯一性和信息的高度共享。

各種配電終端，在配調(diào)主站完成建模，終端注冊(cè)后，完成模型映射和配置下載工作，保證終端、主站設(shè)備模型一體化，大幅降低重復(fù)勞動(dòng)，形成終端即插即用的管理方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究主動(dòng)式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建和功能開(kāi)發(fā)。優(yōu)化調(diào)度的實(shí)現(xiàn)，可以提高配電網(wǎng)的電能傳輸效率，帶來(lái)節(jié)能效益；多電源協(xié)同則可有效解決地區(qū)輸配電能力不足等問(wèn)題，保證電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行；還可以進(jìn)行有效的削峰填谷，利用可再生能源發(fā)電，精確控制負(fù)荷，創(chuàng)造綠色環(huán)保的新型社會(huì)。