互動(dòng)的虛擬電廠智慧運(yùn)行優(yōu)化管理一體化平臺(tái)的應(yīng)用

余俊杰 楊涌新 劉勁

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局 廣東省中山市 528400）

我國目前的狀況來說，不僅缺少能源，還存在污染問題，因此，就要對(duì)電力系統(tǒng)的建設(shè)做出改變。電力系統(tǒng)要在保證環(huán)保的情況下，做到分散發(fā)電。但是，即使做到了分散發(fā)電，減少了排放，在這些電力系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的時(shí)候，還會(huì)在區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、供電可靠性等方面增加風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，分散發(fā)電的地點(diǎn)過多，并且每個(gè)分散發(fā)電的規(guī)模還不大，因此，在進(jìn)行調(diào)度的時(shí)候，就會(huì)有一定的困難，進(jìn)而其商用價(jià)值就下降了?，F(xiàn)有分布式能源信息集成建模和交互技術(shù)落后，特別是配電網(wǎng)在分布式電源集群控制策略及其平臺(tái)等關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)上準(zhǔn)備不足，尚未形成分布式電源調(diào)控系統(tǒng)的專用調(diào)控系統(tǒng)，無法滿足廣東省電力市場(chǎng)化快速推進(jìn)的要求。

為提升虛擬電廠的可觀性和可控性，同時(shí)也為了讓電網(wǎng)公司可以通過虛擬電廠更好的控制分布式發(fā)電，就要加快對(duì)集群分布式電源的虛擬電廠協(xié)調(diào)控制平臺(tái)研究與開發(fā)，為高滲透率分布式電源接入電網(wǎng)的運(yùn)行控制提供更先進(jìn)的手段，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的充分消納、主動(dòng)管理和優(yōu)化控制，使得虛擬電廠能夠參與電力市場(chǎng)及輔助市場(chǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“源-網(wǎng)”協(xié)同，達(dá)到用戶和電網(wǎng)公司的雙贏。

1 虛擬電廠智慧運(yùn)行優(yōu)化管理一體化平臺(tái)

1.1 總體框架

總體框架如圖1所示。

項(xiàng)目總體分為平臺(tái)研發(fā)和示范應(yīng)用兩部分。其中虛擬電廠智慧運(yùn)行優(yōu)化管理一體化平臺(tái)研發(fā)包括通信技術(shù)及組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)監(jiān)視預(yù)測(cè)子系統(tǒng)研發(fā)、虛擬電廠智能調(diào)控子系統(tǒng)研發(fā)以及市場(chǎng)輔助服務(wù)子系統(tǒng)研發(fā)四方面內(nèi)容。示范應(yīng)用部分包括選擇示范對(duì)象并進(jìn)行平臺(tái)系統(tǒng)部署實(shí)施兩方面內(nèi)容。

在虛擬電廠智慧運(yùn)行優(yōu)化管理一體化平臺(tái)的研發(fā)內(nèi)容中，實(shí)時(shí)監(jiān)視預(yù)測(cè)子系統(tǒng)解決了對(duì)分布式電源的可觀測(cè)、可預(yù)測(cè)問題，分布式電源集群控制通信和組網(wǎng)方案解決了對(duì)分布式電源的可感知問題，虛擬電廠智能調(diào)控子系統(tǒng)解決了對(duì)分布式電源的可調(diào)控問題，市場(chǎng)輔助服務(wù)子系統(tǒng)解決了對(duì)分布式電源供能的可交易問題。整體實(shí)現(xiàn)了對(duì)分布式電源的智能科學(xué)化管理，實(shí)現(xiàn)了分布式電源集群內(nèi)、集群與上級(jí)電網(wǎng)間的信息交互和互動(dòng)，達(dá)到配電網(wǎng)對(duì)大量分布式電源的全方位、全時(shí)段完整性把握。

1.2 主要功能

虛擬電廠智能調(diào)控主站提供輸配電網(wǎng)三相建模、三相狀態(tài)估計(jì)、分布式發(fā)電預(yù)測(cè)、用戶負(fù)荷預(yù)測(cè)、三相潮流計(jì)算、虛擬電廠拓?fù)鋬?yōu)化、虛擬電廠有功-無功協(xié)調(diào)調(diào)控、虛擬電廠無功電壓優(yōu)化等功能。虛擬電廠智能調(diào)控主站在輸配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算的結(jié)果基礎(chǔ)上，利用基于回路法的三相潮流計(jì)算實(shí)現(xiàn)虛擬電廠潮流分析，通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)提供集群間的最優(yōu)運(yùn)行方式調(diào)整，調(diào)節(jié)虛擬電廠調(diào)控范圍網(wǎng)絡(luò)的功率分布，提升配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的充分消納、主動(dòng)管理和優(yōu)化控制能力。

1.2.1 輸配電網(wǎng)三相建模功能

三相建模提供圖模庫一體化的方式，建立覆蓋虛擬電廠調(diào)控范圍的線路、變壓器、電容電抗器、儲(chǔ)能、負(fù)荷以及所有光伏逆變器的三相詳細(xì)模型，支持在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、潮流分析和控制，具體功能包括：

圖1：總體框架

（1）圖形生成與編輯：支持采用繪制和編輯圖形的方式，描述虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)的三相模型；

（2）設(shè)備參數(shù)維護(hù)：支持在繪制的電網(wǎng)圖形上設(shè)置每個(gè)圖元代表的電網(wǎng)設(shè)備的名稱，并錄入電網(wǎng)元件參數(shù)。不同的設(shè)備的參數(shù)類型可以定制，并可以根據(jù)應(yīng)用的要求增加新的參數(shù)。參數(shù)類型滿足集群分析計(jì)算的要求，在常規(guī)網(wǎng)絡(luò)分析要求的參數(shù)基礎(chǔ)上包括如下參數(shù)：

（3）母線參數(shù)：母線電壓等級(jí)、電壓上下限參數(shù)；

（4）變電站變壓器參數(shù)：銘牌參數(shù)、分接頭類型、分接頭遙控參數(shù)；

（5）線路參數(shù)：饋線型號(hào)、長度、電阻、電抗；

（6）光伏逆變器參數(shù)：由虛擬電廠調(diào)控范圍直接管控的光伏逆變器控制模式、容量約束、功率因數(shù)約束、機(jī)端電壓上下限；

（7）電容電抗器參數(shù)：容量參數(shù)、檔位類型及參數(shù)；

（8）儲(chǔ)能變流器參數(shù)：由虛擬電廠調(diào)控范圍的變流器控制模式、容量約束、功率因數(shù)約束、荷電狀態(tài)約束、機(jī)端電壓上下限。

1.2.2 三相狀態(tài)估計(jì)功能

三相狀態(tài)估計(jì)基于三相實(shí)時(shí)建模，對(duì)于量測(cè)冗余度高的區(qū)域提供抗差估計(jì)，可以進(jìn)行壞數(shù)據(jù)辨識(shí)，對(duì)于量測(cè)冗余度低的區(qū)域，支持大規(guī)模電流量測(cè)，具體有以下幾點(diǎn)功能：

（1）網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是不斷的在改變的，因此就可以通過遙信的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來確定當(dāng)時(shí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

（2）支持變比可調(diào)變壓器的分接頭檔位分析；

（3）支持根據(jù)開關(guān)刀閘周圍的遙測(cè)、遙信等冗余信息自動(dòng)判定開關(guān)、刀閘中的錯(cuò)誤狀態(tài)，自動(dòng)進(jìn)行修正，并在畫面上顯示；

（4）支持量測(cè)數(shù)據(jù)粗監(jiān)測(cè)功能：辨識(shí)兩端量測(cè)值不平衡支路，注入量測(cè)值不合理的節(jié)點(diǎn)，潮流不平衡的母線，并辨識(shí)無支路潮流量測(cè)的支路，無注入量測(cè)的母線，無電壓量測(cè)的母線，辨識(shí)不可觀測(cè)元件；

（5）支持對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)中的不良數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和辨識(shí)，指出正常數(shù)據(jù)和不良數(shù)據(jù)；

（6）支持遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)，屏蔽和修改實(shí)時(shí)遙信，對(duì)無遙信信息的刀閘狀態(tài)人工置位，無變壓器分接頭量測(cè)的變壓器分接頭人工改變檔位，對(duì)明顯不合理的量測(cè)進(jìn)行屏蔽和人工修改，并允許設(shè)置量測(cè)偏差量，允許人工置入偽量測(cè)，擴(kuò)大可觀測(cè)區(qū)；

（7）支持在接線圖上顯示三相估計(jì)結(jié)果，可定時(shí)啟動(dòng)、事件啟動(dòng)和人工請(qǐng)求啟動(dòng)；

（8）支持根據(jù)估計(jì)結(jié)果對(duì)電壓、潮流越限信息發(fā)布；

（9）支持對(duì)可觀測(cè)區(qū)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)記錄；

（10）支持估計(jì)值和實(shí)測(cè)值對(duì)照。

1.2.3 分布式發(fā)電預(yù)測(cè)功能

分布式發(fā)電預(yù)測(cè)提供光伏電站的功率預(yù)測(cè)和展示功能，具體功能包括：

（1）數(shù)值氣象預(yù)報(bào)：支持接入外部數(shù)值氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)值氣象預(yù)報(bào)日前24 小時(shí)預(yù)測(cè)和日內(nèi)滾動(dòng)修正，其預(yù)測(cè)間隔由接入的數(shù)值氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)決定；

（2）日前功率預(yù)測(cè)：支持根據(jù)數(shù)值氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和分布式光伏發(fā)電歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)下一自然日的分布式光伏的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)最小間隔可支持15 分鐘；

（3）日內(nèi)功率預(yù)測(cè)：支持根據(jù)氣象預(yù)報(bào)的日內(nèi)滾動(dòng)數(shù)據(jù)，滾動(dòng)預(yù)測(cè)下一時(shí)段發(fā)電功率，預(yù)測(cè)最小間隔由氣象預(yù)報(bào)滾動(dòng)數(shù)據(jù)決定；

（4）數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)：①在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，不用選定固定時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，可以隨機(jī)選?。虎谠谶M(jìn)行功率數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，不是只能統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)功率數(shù)據(jù)，如果有需要，歷史功率數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)也在能力范圍內(nèi)；③數(shù)據(jù)是具有多樣性的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，不是只能分析和統(tǒng)計(jì)單一的數(shù)據(jù)，可以全方位的處理數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性；④在接收到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之前，都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此，還可以根據(jù)得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)誤差的分析和統(tǒng)計(jì)。

（5）圖表展示：①圖表可以同時(shí)展示光伏電站的實(shí)時(shí)的功率數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)的功率數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以顯示電站具體的位置，主要運(yùn)用地理圖來顯示；②圖表不僅能顯示一個(gè)光伏電站的數(shù)據(jù)，在多個(gè)光伏電站同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，圖表就可以同時(shí)顯示多個(gè)光伏電站的數(shù)據(jù)；③電站的檢測(cè)系統(tǒng)是全天運(yùn)行的，因此得到的數(shù)據(jù)也是不同時(shí)間范圍內(nèi)的，所以圖表就可以將不同時(shí)間范圍內(nèi)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)在同一時(shí)間顯示。

1.2.4 用戶負(fù)荷預(yù)測(cè)功能

用戶負(fù)荷預(yù)測(cè)提供對(duì)示范區(qū)域負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)和展示功能，具體功能包括：

（1）日前負(fù)荷預(yù)測(cè)：支持根據(jù)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、歷史數(shù)據(jù)和典型日信息，預(yù)測(cè)下一自然日的負(fù)荷有功功率和無功功率值，預(yù)測(cè)最小間隔可支持15 分鐘；

（2）日內(nèi)負(fù)荷預(yù)測(cè)：支持根據(jù)氣象預(yù)報(bào)，滾動(dòng)預(yù)測(cè)下一時(shí)段有功功率和無功功率值，預(yù)測(cè)最小間隔由氣象預(yù)報(bào)滾動(dòng)數(shù)據(jù)和用電采集信息系統(tǒng)中實(shí)際負(fù)荷更新頻率綜合決定；

（3）數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)：①支持對(duì)示范區(qū)配變的日、周、月、年的負(fù)荷特性指標(biāo)（最大、最小、平均、負(fù)荷率、峰谷差、用電量）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)不同行業(yè)進(jìn)行典型日分析；②支持對(duì)任意時(shí)間區(qū)間的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)，誤差指標(biāo)包括均方根誤差、平均絕對(duì)誤差率。

1.2.5 三相潮流計(jì)算功能

三相潮流計(jì)算提供目標(biāo)區(qū)域的電壓幅值、相角，線路及變壓器功率等信息，具體功能包括：

（1）支持虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)三相潮流結(jié)果計(jì)算，給出節(jié)點(diǎn)電壓、相角，以及支路有功、無功潮流分布；

（2）支持虛擬電廠調(diào)控范圍網(wǎng)絡(luò)歷史三相潮流結(jié)果計(jì)算；

（3）支持潮流越界報(bào)警；

（4）支持控制策略仿真模態(tài)下三相潮流計(jì)算和策略驗(yàn)證。

1.2.6 虛擬電廠拓?fù)鋬?yōu)化功能

表1

虛擬電廠拓?fù)鋬?yōu)化通過操作虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)開合，改變集群的組合方式和虛擬電廠的潮流流向，提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，具體功能包括：

日前拓?fù)鋬?yōu)化：

（1）支持以降低系統(tǒng)網(wǎng)損為目標(biāo)的虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)日前優(yōu)化重構(gòu)；

（2）支持以提高負(fù)載平衡度為目標(biāo)的虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)日前優(yōu)化重構(gòu)；

（3）支持以提高電壓安全裕度為目標(biāo)的虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)日前優(yōu)化重構(gòu)；

（4）緊急拓?fù)淝袚Q：支持緊急狀態(tài)下以運(yùn)行安全為首要目標(biāo)，進(jìn)行實(shí)時(shí)性的快速網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)控制。

數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)：

（1）支持查詢歷史優(yōu)化方案、執(zhí)行情況和執(zhí)行效果；

（2）支持開關(guān)動(dòng)作頻次和效果分析。

1.2.7 虛擬電廠有功-無功協(xié)調(diào)調(diào)控功能

虛擬電廠有功-無功協(xié)調(diào)調(diào)控利用集群和直接管控設(shè)備的調(diào)控能力，改善虛擬電廠潮流分布，促進(jìn)分布式發(fā)電消納，具體功能包括：

虛擬電廠有功調(diào)度：支持有功功率的優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)日前以運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)、滾動(dòng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性修正、實(shí)時(shí)完成緊急狀態(tài)控制的運(yùn)行目標(biāo)：

（1）日前有功調(diào)度：支持以下個(gè)自然日運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，協(xié)調(diào)有功調(diào)度、電壓優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等功能，實(shí)現(xiàn)日前綜合優(yōu)化；

（2）滾動(dòng)有功調(diào)度：支持利用分布式發(fā)電功率預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)在日內(nèi)的滾動(dòng)修正數(shù)據(jù)，滾動(dòng)優(yōu)化各集群及直接管控設(shè)備的有功功率，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行狀態(tài)在經(jīng)濟(jì)性和安全性兩方面的不同需求；

（3）實(shí)時(shí)有功控制：支持響應(yīng)虛擬電廠協(xié)同調(diào)控系統(tǒng)指令，實(shí)時(shí)控制各集群和直接管控設(shè)備的有功功率，滿足指令要求。

2 應(yīng)用

在應(yīng)用方面，最先在江西進(jìn)行了試運(yùn)行，主要運(yùn)行的是作為虛擬電廠的一種形式，叫“能效電廠”?！澳苄щ姀S”主要應(yīng)用的原理，就是降低客戶對(duì)用電的需求。在降低客戶的用電需求的同時(shí)，其實(shí)就是變相增加了電力系統(tǒng)的電力電量。這次試運(yùn)行主要分成了三部分，并且統(tǒng)計(jì)了具體降低了多少用電需求，詳情見表1。

通過表1 可以看出，“能效電廠”還是取得了一定的成效的，并且這次試運(yùn)行也為以后的電廠建設(shè)積攢了經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)語

隨著對(duì)互動(dòng)的虛擬電廠智慧運(yùn)行優(yōu)化管理一體化平臺(tái)的深入研究，不難發(fā)現(xiàn)該平臺(tái)可以給我們帶來大量的好處，我相信，互動(dòng)的虛擬電廠智慧運(yùn)行優(yōu)化管理一體化平臺(tái)會(huì)以后會(huì)成為主流趨勢(shì)。