基于D5000的源網荷儲系統多元協調調度功能建設方案

劉 星，甄 慶，牛浩楠，孫 菲，王慎杰

國網天津市電力公司濱海供電分公司，天津 300450

0 引言

隨著新能源的大規模并網發電，進一步增加了新能源功率、電價等的不確定性，使電網的安全穩定運行面臨更大的挑戰[1-3]。文章在天津濱海公司現有的智能電網調度技術支持系統（D5000系統）的基礎上，全面建成基于D5000的源網荷儲系統多元協調調度功能。通過提升分布式電源、儲能、電動汽車等新型能源和用能設備采集和感知能力，開展全局優化和協調控制，提升分布式電源柔性消納、發電與負荷精準控制，促進清潔能源消納，提升電網安全穩定運行水平。

1 系統體系架構

該系統從上到下分三個層級，即決策層、微網協調控制層、設備層。每個層級面向不同的對象，支持多種設備靈活接入、即插即用。系統總體架構可實現安全可靠供電、能源互動、柔性消納等目標，如圖1所示。

圖1 系統總體架構

決策層：獲取微網協調控制層各個控制對象設備運行數據，對區域內可再生能源出力及負荷需求開展預測；完成調峰調頻及備用容量協調控制與電力交易安全校核，對各個控制對象開展日前及日內協同優化調度，向微網協調控制層下達控制目標。

微網協調控制層：實現微網內部的設備運行數據上傳決策層；實現微網內部協調控制與經濟調度；分解決策層控制指令并下達至設備層。

設備層：采集風電、光伏、儲能、柔性負荷等設備運行數據上傳微網協調控制層；執行微網協調控制層給出的控制指令；支撐緊急情況下設備孤島運行。

2 系統軟件功能

該系統軟件功能均部署于系統架構中的決策層，基于D5000系統進行功能拓展。

2.1 新能源模塊

（1）數據采集。接入示范區域新型供用能設備相關數據，其中10 kV以地上電網、集中式新能源場站數據源于濱海D5000系統一區，10 kV配電網數據源于濱海地調配電自動化系統一區（經濱海D5000系統一區轉發），分布式光伏發電、負荷電力數據及特性參數來源于用電信息采集系統，低壓臺區及部分電動汽車充電樁數據來源于配電四區主站系統。

（2）模型擴展。主要包括集中式儲能、分布式儲能、10 kV集中式電源、低壓分布式電源、虛擬電廠、柔性負荷等源、網、荷、儲一體化協同優化模型。可調度負荷建模：根據濱海D5000系統接入可調度負荷的運行特性及應對的業務場景，在調控云平臺建立可調度負荷模型，包括直接控制負荷、快速需求響應負荷及自主響應負荷，建立各種類型參控負荷設備的模型屬性，滿足電網運行控制的應用需求。一體化協同優化模型建模：研究示范區域接入的源、荷、儲多種資源的運行規律及其與電網的互動機制，基于濱海地調全網模型和數據資源以及接入的源、荷、儲元件模型，生成多時間尺度的一體化協同優化模型。

2.2 負荷預測功能升級

負荷預測模塊主要服務于發電計劃功能。該項目將對濱海地調原有D5000系統負荷預測模塊進行改造，接入第三方精準負荷預測結果，在接入方式上，第三方精準負荷預測模塊采用E文件格式數據提供負荷預測數據，調度計劃數據接口程序實現對數據文件的接入和入庫。

2.3 新能源發電功率預測

應具備調度端結合數值天氣預報等外部數據，對濱海地區全部集中式及分布式新能源場站發電功率預測功能，生成濱海地區電網新能源功率預測數據文件。新能源發電功率預測功能具備獲取和展示數值天氣預報、網格化功率預測、站點功率預測、功率預測對比展示、預測結果統計分析等功能。

2.4 發電計劃

發電計劃編制的業務流程主要包括啟動、數據獲取、初始計劃編制、安全約束計劃編制和計劃下發等5個環節，如圖2所示。

圖2 發電計劃業務流程圖

2.5 AGC

該項目將AGC升級為協調優化控制，其核心功能是針對全元素泛在控制策略中每個控制對象的策略，分別計算實時控制偏差，并按照相應的分配原則將偏差分配到每個控制區的各個調節對象，實現負荷跟蹤或配電網安全運行控制目標。AGC省地協調控制，是將參與AGC調節的地調調管設備數據在地調層面匯集并與天津市調AGC模塊進行數據交互，并根據需求優化天津市調AGC程序控制策略，其交互示意圖如圖3所示。

圖3 AGC省地協調控制數據交互示意圖

3 系統硬件配置

為了滿足項目所需功能，升級改造濱海地調D5000調度自動化系統，主站新增硬件部分僅為二區硬件設備，包括2臺發電計劃服務器，2臺二區縱向加密認證裝置，安裝于濱海公司調控機房，機房現狀具備硬件安裝空間，UPS負載率也滿足要求。

4 源網荷儲多元協調模式下的優化模型

基于優化模型及魯棒協調控制算法，生成多元協調優化調度策略及方案。在滿足網絡安全要求基礎上，按照電網運行需求完成多時間尺度精準響應，遠期參與區域電網或本省調峰及調頻輔助服務市場，實現與“地市級—省級—區域級”電網多級協同控制。濱海源網荷儲日前計劃優化目標為購電費用最低，計算公式如下：

式中：T為系統調度期間的時段數；I為系統機組數；p(i,t)為機組i在t時的有功功率；ρi[p(i,t)]為機組i在t時的購電價格。

系統購電成本最低目標要求在滿足系統和機組約束的前提下，以系統購電成本最低為目標，優化日發電計劃。各計劃單元成本或報價曲線采用凸的分段線性模型。

負荷平衡約束計算公式如下：

式中：pd(t)為t時的系統發電口徑凈負荷，該負荷根據實際情況，事先做扣減外部輸入功率、網損修正、廠用電修正，將原始負荷預測數據、換算為調管區域的發電負荷預測。

旋轉備用約束計算公式如下：

調節AGC備用約束計算公式如下：

5 結束語

文章提出了基于D5000的源網荷儲系統多元協調調度功能建設方案，并詳細地介紹了該系統的體系架構、軟件功能、硬件配置以及源網荷儲多元協調模式下的優化模型，通過全時間尺度下的優化協調控制，實現各類電源、負荷與電網的智能互動，整體提升電力系統的安全穩定運行能力、資源優化配置能力以及清潔能源消納能力，為其他需進行源網荷儲建設的地區提供了參考。