基于北斗技術的分布式新能源智能調控

黃少雄，李端超，陳 實，黃太貴

（國網安徽省電力公司，安徽 合肥 230022）

基于北斗技術的分布式新能源智能調控

黃少雄，李端超，陳 實，黃太貴

（國網安徽省電力公司，安徽 合肥 230022）

隨著社會經濟的發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源消費模式已漸現(xiàn)弊端，太陽能、風能等可再生能源的開發(fā)和利用無疑是社會經濟可持續(xù)發(fā)展的必由之路。目前電網對可再生能源的接入主要采用分布式發(fā)電技術，但分布式發(fā)電具有分散、隨機變動等特點，大量的分布式電源的接入給電網的安全穩(wěn)定運行帶來極大影響。如何采集這些分布式電源的運行信息，實現(xiàn)對分布式電源的智能調度管理是迫切需要解決的問題。提出了基于北斗技術的分布式電源信息采集方案，實現(xiàn)對分布式新能源的實時信息采集和智能調度控制，解決其對電網安全的影響，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；智能調控

大電網與分布式供電系統(tǒng)相結合已被世界許多能源、電力專家認為是能提高供電可靠性和靈活性，同時又能節(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］。同時也是實現(xiàn)新能源接入的主要手段。

目前安徽省內分布式小電源包括小型水電站、風電廠、光伏電站、小型生物質能發(fā)電廠等共567座，總裝機容量2 128 MW，約占社會總裝機容量的8%，相當于2座百萬級裝機的大電廠，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)不具備與電力調控中心通信的條件，調控中心缺乏對此類小型發(fā)電企業(yè)的實時調度管理手段，不利于電網安全和新能源的合理調配，增加電量損耗。因此，迫切需要尋找一種建設投資少、安全可靠性高的技術方案，實現(xiàn)對分布式新能源的智能調度控制。

1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)技術特點

要實現(xiàn)對分布式新能源發(fā)電廠的智能調度控制，首先需要各發(fā)電廠的電力自動化設備、安全自動保護設備、故障及事件記錄等智能設備由統(tǒng)一的衛(wèi)星授時，實現(xiàn)同步運行；其次是要建立調控中心與發(fā)電廠的信息通信，使調控中心可以實時采集分布式電源的運行信息并對其進行遠程監(jiān)控。

目前全世界有4套衛(wèi)星導航系統(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)星授時功能，但只有中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)實現(xiàn)了通信功能的集成，目前服務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度控制提供了重要的技術支撐。

目前，北斗衛(wèi)星短報文通信服務屬于授權服務，民用通信中每條短報文信息最大容量為44個漢字或157個16進制數(shù)［2］。可實現(xiàn)電廠與調控中心系統(tǒng)間的雙向簡短數(shù)字報文通信（以下簡稱短信）。短信傳輸過程由以下幾個步驟組成：①將分布式電源點的運行信息以短信形式通過電廠的終端機上傳到北斗衛(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發(fā)；③中心站將接收到的短信解析后提供給智能電網調度控制系統(tǒng)；④智能電網調度控制系統(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，實現(xiàn)對分布式電源的遠程控制。

2 智能電網調度控制系統(tǒng)

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

目前國家電網公司的智能調度控制系統(tǒng)已建成并投運，智能電網調度技術支持系統(tǒng)由基礎平臺和實時監(jiān)控與預警、調度計劃、安全校核、調度管理四類應用組成［4］（見圖1）。

圖1 智能電網調度技術支持系統(tǒng)體系架構圖

主調系統(tǒng)和備調系統(tǒng)采用完全相同的系統(tǒng)體系架構，具有相同的功能并實現(xiàn)主、備調的一體化運行。橫向上，調度系統(tǒng)內通過統(tǒng)一的基礎平臺實現(xiàn)四類應用的一體化運行；縱向上，通過統(tǒng)一的基礎平臺實現(xiàn)各級調度技術支持系統(tǒng)間的協(xié)同運作。最終實現(xiàn)整個電網的智能化調度控制。

建設智能調度是促進節(jié)能減排、服務和諧社會和“兩型”社會、構建國家能源戰(zhàn)略的需要［5］。通過先進的調度和控制技術服務于靈活的能源接入，實現(xiàn)廣域范圍的能源資源瞬時優(yōu)化配置，實現(xiàn)對大規(guī)模可再生能源開發(fā)的有效接納，促進經濟社會可持續(xù)發(fā)展［6］。建設智能調度是加強電網安全保障和提升抵御風險能力的重要手段。

3 總體架構與技術方案

要實現(xiàn)對分布式新能源電廠的智能調度控制，采用智能電網調度控制系統(tǒng)與北斗技術對接的方案無疑是最優(yōu)的選擇。在分布式電源側配置電力數(shù)據(jù)北斗衛(wèi)星采集終端實現(xiàn)電源側實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)的綜合采集，并通過北斗衛(wèi)星通道將數(shù)據(jù)上傳到調度主站端，由主站信息平臺集中處理和存儲。同時，信息管理平臺與智能電網調度控制系統(tǒng)各功能模塊進行信息交互，供智能調度、運行監(jiān)控和網損計算分析使用（見圖2）。

圖2 基于北斗技術的分布式新能源調控架構圖

整個系統(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撲結構，便于多個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。采集內容包括：遙信數(shù)據(jù)（開關量等信息）；遙測數(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)）；計量數(shù)據(jù)（正向有功、反向有功、正向無功、反向無功等）。同時利用電力信息北斗衛(wèi)星采集終端實現(xiàn)對站內自動化設備的北斗衛(wèi)星時鐘同步。采集終端還可以接收調度端的控制指令，實現(xiàn)調度端對廠站端設備的遠程控制。

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步驟：①獲取北斗通信系統(tǒng)的用戶信息；②請求并接受北斗衛(wèi)星用戶機的授時；③請求北斗衛(wèi)星用戶機的ID及地理位置信息；④按照設定模式進行有選擇地將數(shù)據(jù)信息上傳給衛(wèi)星用戶機；⑤衛(wèi)星用戶機通過北斗單項加密通道，將電力信息數(shù)據(jù)封裝后送至調度主站的北斗指揮機；⑥指揮機對收到的信息進行解析，并按照標準格式存儲到平臺數(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)約內容見表1、表2。

表1 上行報文（廠站端→調度端）

表2 下行報文（調度端→廠站端）

3.3 主站層配置

主站層建設分布式電源信息采集平臺，平臺與智能電網調度控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，最終實現(xiàn)對分布式新能源的智能調度控制。平臺與智能電網調度控制系統(tǒng)主要采用以下幾種交互方式：①響應總召。當接收到總召命令時，將平臺上所有需要上傳到智能電網調度控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以響應總召的方式全部上傳。②突發(fā)上傳。平臺當接收到變化數(shù)據(jù)的時候，通過數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器，向智能電網調度控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時平臺也定期掃描數(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)送到智能電網調度控制系統(tǒng)。③控制指令下發(fā)。當智能電網調度控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的各分布式電源運行信息計算分析后得出相應的控制調節(jié)策略后，由平臺將控制指令下發(fā)到相應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站內一次設備進行相應的控制操作。

4 效益分析

4.1 技術方面

實現(xiàn)調控中心對分布式電源的智能調度控制，提高了電網對新能源的接入和消納能力，確保電網的經濟、穩(wěn)定運行。同時實現(xiàn)了廠站二次設備的北斗衛(wèi)星對時，避免了采用GPS衛(wèi)星對時技術受到美國的制約而中斷服務，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行造成隱患。

4.2 經濟效益方面

根據(jù)實際工程計算，建設1個分布式電源點的平均投資，采用北斗技術的約7萬元（北斗采集設備具備通信和對時功能，費用7萬元，5年免通信費用）。采用光纖通信的約67萬元（5萬元采集設備費用＋2萬元／km×平均一個站約30 km通道＋2萬元衛(wèi)星時鐘同步設備）。采用GPRS無線通信的費用約11.5萬元（5萬元采集設備費用＋4萬元二次防護建設費用＋2萬衛(wèi)星時鐘同步設備＋每年0.1萬元通道租賃費用×5年）。可見采用北斗技術具有明顯的經濟優(yōu)勢，按安徽省內567座分布式電源點的總量計算，至少可節(jié)約投資資金2 835萬元。

4.3 社會效益方面

基于北斗技術的分布式新能源智能調控方案一方面提高了整個電網的新能源接入和消納能力，實現(xiàn)全社會的節(jié)能減排；另一方面也是首次將北斗通信技術應用到電力行業(yè)，是對國家北斗發(fā)展戰(zhàn)略的積極響應和有力支撐。

5 結論

基于北斗技術的分布式新能源智能調控方案，實現(xiàn)了對分布式新能源的關鍵電力信息采集和傳輸，并與智能電網調度控制系統(tǒng)有機融合，實現(xiàn)調控中心對分布式電源的智能調度控制。方案建設投資少，安全可靠性高，較有線通信和GPRS無線通信節(jié)省投資和運維費用，同時在不追加任何投資的基礎上實現(xiàn)對電廠自動化設備的北斗衛(wèi)星時鐘同步，利于大規(guī)模推廣應用。

［1］ 鄭 劍，劉 克，申金平.分布式供電系統(tǒng)對電網的影響［J］.東北電力技術，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氣象站［J］.氣象科技，2012，40（3）：340－343.

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

［4］ Q／GDW 680—2011，智能電網調度技術支持系統(tǒng)［S］.

［5］ 劉振亞.加快建設堅強國家電網促進中國能源可持續(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)自動化工作。

2014－11－29）