余俊杰 楊涌新 劉勁

（廣東電網有限責任公司中山供電局 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，就要對電力系統的建設做出改變。電力系統要在保證環保的情況下，做到分散發電。但是，即使做到了分散發電，減少了排放，在這些電力系統同時運行的時候，還會在區域電網的安全穩定、供電可靠性等方面增加風險。同時，分散發電的地點過多，并且每個分散發電的規模還不大，因此，在進行調度的時候，就會有一定的困難，進而其商用價值就下降了。現有分布式能源信息集成建模和交互技術落后，特別是配電網在分布式電源集群控制策略及其平臺等關鍵設備和關鍵技術上準備不足，尚未形成分布式電源調控系統的專用調控系統，無法滿足廣東省電力市場化快速推進的要求。

為提升虛擬電廠的可觀性和可控性，同時也為了讓電網公司可以通過虛擬電廠更好的控制分布式發電，就要加快對集群分布式電源的虛擬電廠協調控制平臺研究與開發，為高滲透率分布式電源接入電網的運行控制提供更先進的手段，實現配電網對分布式電源的充分消納、主動管理和優化控制，使得虛擬電廠能夠參與電力市場及輔助市場服務，實現真正意義上的“源-網”協同，達到用戶和電網公司的雙贏。

1 虛擬電廠智慧運行優化管理一體化平臺

1.1 總體框架

總體框架如圖1所示。

項目總體分為平臺研發和示范應用兩部分。其中虛擬電廠智慧運行優化管理一體化平臺研發包括通信技術及組網方案設計、實時監視預測子系統研發、虛擬電廠智能調控子系統研發以及市場輔助服務子系統研發四方面內容。示范應用部分包括選擇示范對象并進行平臺系統部署實施兩方面內容。

在虛擬電廠智慧運行優化管理一體化平臺的研發內容中，實時監視預測子系統解決了對分布式電源的可觀測、可預測問題，分布式電源集群控制通信和組網方案解決了對分布式電源的可感知問題，虛擬電廠智能調控子系統解決了對分布式電源的可調控問題，市場輔助服務子系統解決了對分布式電源供能的可交易問題。整體實現了對分布式電源的智能科學化管理，實現了分布式電源集群內、集群與上級電網間的信息交互和互動，達到配電網對大量分布式電源的全方位、全時段完整性把握。

1.2 主要功能

虛擬電廠智能調控主站提供輸配電網三相建模、三相狀態估計、分布式發電預測、用戶負荷預測、三相潮流計算、虛擬電廠拓撲優化、虛擬電廠有功-無功協調調控、虛擬電廠無功電壓優化等功能。虛擬電廠智能調控主站在輸配電網狀態估計計算的結果基礎上，利用基于回路法的三相潮流計算實現虛擬電廠潮流分析，通過網絡重構提供集群間的最優運行方式調整，調節虛擬電廠調控范圍網絡的功率分布，提升配電網對分布式電源的充分消納、主動管理和優化控制能力。

1.2.1 輸配電網三相建模功能

三相建模提供圖模庫一體化的方式，建立覆蓋虛擬電廠調控范圍的線路、變壓器、電容電抗器、儲能、負荷以及所有光伏逆變器的三相詳細模型，支持在此模型基礎上進行實時監視、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，描述虛擬電廠網絡的三相模型；

（2）設備參數維護：支持在繪制的電網圖形上設置每個圖元代表的電網設備的名稱，并錄入電網元件參數。不同的設備的參數類型可以定制，并可以根據應用的要求增加新的參數。參數類型滿足集群分析計算的要求，在常規網絡分析要求的參數基礎上包括如下參數：

（3）母線參數：母線電壓等級、電壓上下限參數；

（4）變電站變壓器參數：銘牌參數、分接頭類型、分接頭遙控參數；

（5）線路參數：饋線型號、長度、電阻、電抗；

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

（7）電容電抗器參數：容量參數、檔位類型及參數；

（8）儲能變流器參數：由虛擬電廠調控范圍的變流器控制模式、容量約束、功率因數約束、荷電狀態約束、機端電壓上下限。

1.2.2 三相狀態估計功能

三相狀態估計基于三相實時建模，對于量測冗余度高的區域提供抗差估計，可以進行壞數據辨識，對于量測冗余度低的區域，支持大規模電流量測，具體有以下幾點功能：

（1）網絡的拓撲結構是不斷的在改變的，因此就可以通過遙信的實時數據來確定當時的拓撲結構；

（2）支持變比可調變壓器的分接頭檔位分析；

（3）支持根據開關刀閘周圍的遙測、遙信等冗余信息自動判定開關、刀閘中的錯誤狀態，自動進行修正，并在畫面上顯示；

（4）支持量測數據粗監測功能：辨識兩端量測值不平衡支路，注入量測值不合理的節點，潮流不平衡的母線，并辨識無支路潮流量測的支路，無注入量測的母線，無電壓量測的母線，辨識不可觀測元件；

（5）支持對遙測數據中的不良數據進行檢測和辨識，指出正常數據和不良數據；

（6）支持遠動系統維護，屏蔽和修改實時遙信，對無遙信信息的刀閘狀態人工置位，無變壓器分接頭量測的變壓器分接頭人工改變檔位，對明顯不合理的量測進行屏蔽和人工修改，并允許設置量測偏差量，允許人工置入偽量測，擴大可觀測區；

（7）支持在接線圖上顯示三相估計結果，可定時啟動、事件啟動和人工請求啟動；

（8）支持根據估計結果對電壓、潮流越限信息發布；

（9）支持對可觀測區負荷歷史數據記錄；

（10）支持估計值和實測值對照。

1.2.3 分布式發電預測功能

分布式發電預測提供光伏電站的功率預測和展示功能，具體功能包括：

（1）數值氣象預報：支持接入外部數值氣象預報系統，實現數值氣象預報日前24 小時預測和日內滾動修正，其預測間隔由接入的數值氣象預報系統決定；

（2）日前功率預測：支持根據數值氣象預報數據和分布式光伏發電歷史數據，預測下一自然日的分布式光伏的發電功率，預測最小間隔可支持15 分鐘；

（3）日內功率預測：支持根據氣象預報的日內滾動數據，滾動預測下一時段發電功率，預測最小間隔由氣象預報滾動數據決定；

（4）數據分析與統計：①在進行數據分析和統計的時候，不用選定固定時間段的數據進行統計和分析，可以隨機選取；②在進行功率數據的分析和統計的時候，不是只能統計實時功率數據，如果有需要，歷史功率數據的分析和統計也在能力范圍內；③數據是具有多樣性的，在進行數據的分析和統計的時候，不是只能分析和統計單一的數據，可以全方位的處理數據，保證數據的完整性；④在接收到實時數據之前，都會對數據進行預測，因此，還可以根據得到的實時數據，進行數據預測誤差的分析和統計。

（5）圖表展示：①圖表可以同時展示光伏電站的實時的功率數據和預測的功率數據，同時還可以顯示電站具體的位置，主要運用地理圖來顯示；②圖表不僅能顯示一個光伏電站的數據，在多個光伏電站同時進行監測的時候，圖表就可以同時顯示多個光伏電站的數據；③電站的檢測系統是全天運行的，因此得到的數據也是不同時間范圍內的，所以圖表就可以將不同時間范圍內的預測數據在同一時間顯示。

1.2.4 用戶負荷預測功能

用戶負荷預測提供對示范區域負荷功率的預測和展示功能，具體功能包括：

（1）日前負荷預測：支持根據數值天氣預報、歷史數據和典型日信息，預測下一自然日的負荷有功功率和無功功率值，預測最小間隔可支持15 分鐘；

（2）日內負荷預測：支持根據氣象預報，滾動預測下一時段有功功率和無功功率值，預測最小間隔由氣象預報滾動數據和用電采集信息系統中實際負荷更新頻率綜合決定；

（3）數據分析與統計：①支持對示范區配變的日、周、月、年的負荷特性指標（最大、最小、平均、負荷率、峰谷差、用電量）進行統計分析，對不同行業進行典型日分析；②支持對任意時間區間的預測結果進行誤差統計，誤差指標包括均方根誤差、平均絕對誤差率。

1.2.5 三相潮流計算功能

三相潮流計算提供目標區域的電壓幅值、相角，線路及變壓器功率等信息，具體功能包括：

（1）支持虛擬電廠網絡實時三相潮流結果計算，給出節點電壓、相角，以及支路有功、無功潮流分布；

（2）支持虛擬電廠調控范圍網絡歷史三相潮流結果計算；

（3）支持潮流越界報警；

（4）支持控制策略仿真模態下三相潮流計算和策略驗證。

1.2.6 虛擬電廠拓撲優化功能

表1

虛擬電廠拓撲優化通過操作虛擬電廠網絡的開關開合，改變集群的組合方式和虛擬電廠的潮流流向，提升系統的運行效率，具體功能包括：

日前拓撲優化：

（1）支持以降低系統網損為目標的虛擬電廠網絡日前優化重構；

（2）支持以提高負載平衡度為目標的虛擬電廠網絡日前優化重構；

（3）支持以提高電壓安全裕度為目標的虛擬電廠網絡日前優化重構；

（4）緊急拓撲切換：支持緊急狀態下以運行安全為首要目標，進行實時性的快速網絡重構控制。

數據分析與統計：

（1）支持查詢歷史優化方案、執行情況和執行效果；

（2）支持開關動作頻次和效果分析。

1.2.7 虛擬電廠有功-無功協調調控功能

虛擬電廠有功-無功協調調控利用集群和直接管控設備的調控能力，改善虛擬電廠潮流分布，促進分布式發電消納，具體功能包括：

虛擬電廠有功調度：支持有功功率的優化調度，實現日前以運行經濟性為目標、滾動進行經濟性修正、實時完成緊急狀態控制的運行目標：

（1）日前有功調度：支持以下個自然日運行經濟性為目標，協調有功調度、電壓優化、網絡重構等功能，實現日前綜合優化；

（2）滾動有功調度：支持利用分布式發電功率預測和負荷預測在日內的滾動修正數據，滾動優化各集群及直接管控設備的有功功率，實現不同運行狀態在經濟性和安全性兩方面的不同需求；

（3）實時有功控制：支持響應虛擬電廠協同調控系統指令，實時控制各集群和直接管控設備的有功功率，滿足指令要求。

2 應用

在應用方面，最先在江西進行了試運行，主要運行的是作為虛擬電廠的一種形式，叫“能效電廠”。“能效電廠”主要應用的原理，就是降低客戶對用電的需求。在降低客戶的用電需求的同時，其實就是變相增加了電力系統的電力電量。這次試運行主要分成了三部分，并且統計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，并且這次試運行也為以后的電廠建設積攢了經驗。

3 結語

隨著對互動的虛擬電廠智慧運行優化管理一體化平臺的深入研究，不難發現該平臺可以給我們帶來大量的好處，我相信，互動的虛擬電廠智慧運行優化管理一體化平臺會以后會成為主流趨勢。