主動式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的關鍵功能設計

長園深瑞繼保自動化有限公司 黎海亮 趙 龍

1 序言

傳統(tǒng)配電網(wǎng)系統(tǒng)，線路選型、設備選型、繼電保護的整定，考慮的都是電流單方向流動的特點，沒有針對分布式電源給出合理的調(diào)控方案，沒有多能互補的響應需求。主動配電網(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。

主動配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)，需要從源、網(wǎng)、荷、儲4個方面進行考慮配套，電源、電網(wǎng)、負荷、儲能四部分通過軟、硬件數(shù)據(jù)交互，由中央控制系統(tǒng)調(diào)度，更經(jīng)濟、高效地提高電力系統(tǒng)功率動態(tài)平衡能力，實現(xiàn)能源最大化利用。

2 系統(tǒng)結構

本文設計的主動式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，屬于AEMS(Active Energy Management System)主動式能量管理系統(tǒng)方案，強調(diào)對“源、網(wǎng)、荷、儲”的優(yōu)化調(diào)度，通過這一技術可以把配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的被動型用電網(wǎng)，轉變成可以根據(jù)電網(wǎng)的實際運行狀態(tài)進行主動管理與控制，并提供主動服務的主動配電網(wǎng)。

“源、網(wǎng)、荷、儲”優(yōu)化調(diào)度控制算法是整個主動配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的核心，強調(diào)“主動管理(active network management)”，充分利用主動配電網(wǎng)的可控資源，實現(xiàn)電網(wǎng)側的主動控制、負荷側的主動響應和發(fā)電側的主動參與，變被動接受為主動利用，實現(xiàn)主動配電網(wǎng)的運行目標。有效降低網(wǎng)絡損耗，提高分布式能源的使用效率，改進負荷功率因數(shù)，提高配電網(wǎng)效率。

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

系統(tǒng)結構如圖1所示，

圖1 系統(tǒng)結構圖

3 關鍵技術

3.1 優(yōu)化調(diào)度控制算法

兩級能源優(yōu)化調(diào)度消納技術，“點消納”和“線消納”模式相結合。“點消納”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)關聯(lián)的線路上進行轉移利用，不直接倒送至變電站造成線損浪費，而是進行‘線上轉移消納’，這是主動配電網(wǎng)的主要能源消納方式。

優(yōu)化調(diào)度消納算法建立過程如下，

（1）數(shù)據(jù)收集：收集風光資源數(shù)據(jù)、風光電站的年出力曲線，收集各類儲能系統(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，明確約束條件，建立優(yōu)化模型。

（3）模型求解：對復雜優(yōu)化模型進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，并進行模擬仿真運行驗證。

優(yōu)化調(diào)度對象為分布式電源、微電網(wǎng)、儲能裝置、電動汽車充放電設施等接入配電網(wǎng)以及負荷，對配電網(wǎng)各種資源進行調(diào)度。優(yōu)化調(diào)度資源包括變電站低壓側母線到配變之間的各種電氣資源。優(yōu)化調(diào)度時間包括1年之中多個時間尺度的資源調(diào)度，分為長期(年度/季度)、中長期(月度/雙周)、短期(日前)、超短期(小時)、實時調(diào)度(分鐘/秒)。

● 以《配電網(wǎng)運行水平和供電能力評估標準》為指導，在保證配電網(wǎng)運行一般約束條件下提高配電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟性。

● 各時間尺度有不同的優(yōu)化權重，其中實時和超短期以可靠性為主要優(yōu)化目標，

● 短期、中長期、長期以經(jīng)濟性為主要優(yōu)化目標。

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

3.2 多區(qū)域綜合負荷預測

主要指所轄多區(qū)域內(nèi)電負荷、熱負荷、冷負荷、天然氣負荷的綜合預測。對負荷的峰值、用量以及特性曲線做精準的細分預測。負荷預測是所有后續(xù)設計運營的基礎，很大程度上決定了這個項目的成本。

● 提供綜合優(yōu)化預測算法，包括趨勢分析法、回歸分析法、指數(shù)平滑法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等算法；

● 能夠對所管轄電網(wǎng)進行分區(qū)預測，對多條負荷預測進行匯總，對轄區(qū)內(nèi)的電、熱、冷、氣等負荷獨立預測；

● 能夠考慮若干因素，如節(jié)假日、氣候、溫度等對負荷的影響，提供精細化的預測結果，自動統(tǒng)計預測誤差，氣象數(shù)據(jù)和控制參數(shù)可人工設置；

● 超短期和短期負荷預報為在線預報，可以定時或隨時啟動，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，供查詢和修改；能夠按用戶定義的模式，自動形成日負荷計劃和預測結果文件。

3.3 云平臺搭建模式

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

云平臺方式搭建主動式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，能夠大幅降低專業(yè)機房、系統(tǒng)軟硬件的投資費用，解決方案優(yōu)勢如下：

● 按需購買，根據(jù)業(yè)務的迅速增長，可隨時彈性擴容，滿足用戶的需求。

● 保證了經(jīng)濟性的同時，還解除了監(jiān)測信息傳播限制，使運營者通過移動終端隨時隨地查看。

● 平臺具備高并發(fā)處理能力，結合應用系統(tǒng)的分布式架構，提供高性能的在線服務；

● 具備多種數(shù)據(jù)分析服務，擁有強大的計算資源，對數(shù)據(jù)進行深度挖掘；

● 具備全年365天不間斷服務，以及異地容災備份能力，確保安全運營。

3.4 C/S、B/S混合部署模式

主動式配電網(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)嚴格的安全防護規(guī)定，保證完全接入上級能源管理系統(tǒng)；又提供靈活、快速的部署機制，便捷的訪問模式，滿足智慧能源“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展趨勢。生產(chǎn)控制大區(qū)和信息管理大區(qū)物理隔離，通過協(xié)同管控機制進行信息安全交互。

系統(tǒng)提供系統(tǒng)資源管控、通信資源管控、安全防護管理、時鐘同步管等功能；提供強大的數(shù)據(jù)采集功能，可以和遠動、保信、電量、在線監(jiān)測等系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換；支持超大規(guī)模、海量實時數(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，第一時間完成非故障區(qū)域供電，減少停電損失；通過B/S服務器，支持手機/平板等應用，提供實時數(shù)據(jù)、圖形、曲線、報表、事項等查詢。

3.5 主網(wǎng)/配網(wǎng)一體化建模技術

主動式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)在滿足數(shù)據(jù)一致性、標識一致性的前提下，各業(yè)務系統(tǒng)之間的信息交互依據(jù)IEC 61968和IEC 61970國際標準進行建模和交換。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。各個應用系統(tǒng)電氣設備的統(tǒng)一編碼，信息資源統(tǒng)一規(guī)劃，保證整個配電網(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，終端注冊后，完成模型映射和配置下載工作，保證終端、主站設備模型一體化，大幅降低重復勞動，形成終端即插即用的管理方式。

4 結束語

通過研究主動式配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的關鍵技術，實現(xiàn)系統(tǒng)結構搭建和功能開發(fā)。優(yōu)化調(diào)度的實現(xiàn)，可以提高配電網(wǎng)的電能傳輸效率，帶來節(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題，保證電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運行；還可以進行有效的削峰填谷，利用可再生能源發(fā)電，精確控制負荷，創(chuàng)造綠色環(huán)保的新型社會。