全球能源互聯網下的受端大電網柔性控制策略探討

李虎成，袁宇波，張小易，袁曉冬，王大江

（江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103）

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全球能源互聯網下的受端大電網柔性控制策略探討

李虎成，袁宇波，張小易，袁曉冬，王大江

（江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103）

摘要：提出了一種基于用戶智能互動的特高壓受端大電網綜合控制方法。由負荷柔性控制云平臺配合已有的調度、營銷系統，通過智能插座的微控和紅外微調功能調節負荷。當特高壓發生故障區外大功率來電失去時，負荷柔性控制云平臺對虛擬電廠進行柔性精細化控制，大規模的虛擬電廠響應形成集群聚合效應，貢獻大額功率支撐電網功率供需平衡，確保電網安全穩定運行。

關鍵詞：能源互聯網；特高壓；受端大電網；虛擬電廠；柔性控制

隨著全球能源互聯網的研究和推進，國家電網公司全力推進特高壓工程建設，江蘇電網已進入特高壓、大電網、高負荷時代。除龍泉—政平、錦屏—蘇南特高壓直流外，按照規劃還要建設晉北—南京、錫盟—泰州、淮滬北半環特高壓交直流工程，未來江蘇電網將建成“三交四直”的特高壓交直流混聯電網運行新格局，成為復雜的大型受端電網。

“十三·五”期間，江蘇區外總來電將超過55 000 MW，電網運行特性將發生根本性改變，面臨著諸多新的技術問題，尤其是跨區域交直流送電通道因設備、外破、災害、故障閉鎖等原因而停運的風險，特別是在大功率輸送期間的突然停運，將直接對江蘇電網的安全穩定運行造成較大的沖擊。大面積停電的風險是江蘇“十三·五”最大的風險，如何在特高壓交直流輸電通道停運時有效快速地調整負荷，最大幅度地減少對用戶的停電影響已成為電網新的運行格局下亟待解決的重要問題［ 1-3 ］。文中提出，構建基于虛擬電廠和云平臺的負荷柔性控制框架，探討適用于特高壓受端大電網的負荷精細化新型控制方法，為特高壓大區域互聯背景下的江蘇電網安全運行提供堅強技術保障。

1　整體控制框架

圖1為基于用戶智能互動的特高壓受端大電網柔性控制系統框架，包含了智能調度控制系統（D5000系統）、營銷負荷控制系統（簡稱負控系統）和負荷柔性控制云平臺。未來的江蘇大受端電網中，當特高壓發生故障區外大功率來電失去時，不僅一次調頻/AGC動作調用旋轉備用，還有負控系統對大用戶可中斷負荷進行控制，負荷柔性控制云平臺對虛擬電廠進行柔性精細化控制。

圖1　基于用戶智能互動的特高壓受端大電網柔性控制系統框架

其中，虛擬電廠可認為是通過先進的信息通信技術和軟件系統，實現分布式電源、儲能單元、可控負荷、電動汽車等分布式能源的聚合和協調優化，以作為特殊電廠參與電力市場、電網運行甚至緊急功率支援的電源協調管理系統。大規模的虛擬電廠響應形成集群聚合效應，貢獻大額功率支撐電網功率供需平衡，確保電網安全穩定運行［ 4-6 ］。居民側的海量微負荷也屬于虛擬電廠資源。

負荷控制云平臺是通過互聯網技術建立一個與用戶友好互動的控制平臺，實現對分布在不同區域可控負荷（虛擬電廠）資源的虛擬計算、實時監視、遠程控制。智能調度控制系統與營銷負控系統、負荷控制云平臺進行信息交互，實現實時監控和控制指令的下發。

2　系統間交互策略

2.1智能調度控制系統與營銷負控系統的交互

智能調度控制系統與營銷負控系統的交互包括下發分區控制信息、控制容量指令，上傳可控容量、控制結果等。負控系統與智能調度控制系統的交互，目前江蘇電力負荷管理系統主要功能是對專變大客戶進行有序用電管理。在供電緊張時，通過技術手段保證政府經濟主管部門批準的電力分配和用電計劃的落實，電力用戶需按照批準的方式有序用電。通過在大用戶安裝負荷管理終端的方式實現對負荷的實時管控。

具體實現過程包括實時感知、優化決策、協調控制。首先，智能調度控制系統感知電網故障；負控系統實時感知可控容量和可控大用戶；其次，優化決策環節，負控系統利用分布式計算技術提高系統對用戶控后效果的實時監測和當前可控容量在線計算能力，負控系統執行監測技術實現對控制指令執行過程的實時監視；最后，智能調度控制系統與營銷負控系統實現協調控制，以優化調度輔助決策模塊提供的營銷口徑負荷控制策略和目標為基礎，實現負荷控制系統與調控系統負荷分區信息同步，完成負荷控制系統執行調控系統負荷控制指令的閉環操作。

負控系統對大用戶的控制實現過程：由負控系統采集負荷用戶各回路當前負荷數據（功率、電壓、電流等），在出現大功率缺失故障時，智能調度控制系統向負控系統下發控制指令，負控系統主站下發跳閘指令到負荷用戶的負控終端，由負控終端輸出跳閘動作控制大用戶的負荷分路開關，最終實現負荷調控。

2.2智能調度控制系統與負荷控制云平臺的交互

負荷控制云平臺與營銷負控系統的區別在于控制對象的不同，負荷控制云平臺面向的是海量分散的虛擬電廠資源。智能調度控制系統向負荷控制云平臺下發控制總容量等指令；負荷控制云平臺向智能調度控制系統實時上傳監控信息、可控容量、控制結果等。負荷控制云平臺在接收到控制總容量指令后，根據各可控虛擬電廠信息進行控制指令優化分解，并下發給虛擬電廠資源進行負荷控制。

考慮營銷負控終端和負荷控制云平臺負荷控制存在拒動的可能，負荷控制總量都以超裕度配置下發。

3　負荷控制云平臺的策略實現

3.1智能插件微控微調技術

對虛擬電廠的柔性精細化控制依靠智能插件技術實現。智能插件可以安裝在各類家電的電源插口處，實現2種功能：一是微控功能。通過無線網絡，遠程控制智能插座，實現微控開關的遠程開合，進而控制家用電器負荷。二是微調功能。通過無線網絡，遠程控制智能插件，發射紅外射頻信號，柔性調節家用電器負荷。智能插件自帶紅外射頻學習功能，可以學習控制任一射頻設備，通過插件實現與家用電器互動，讓智能插件成為一個綜合控制器。

3.2虛擬電廠柔性精細化控制策略實現

負荷控制云平臺實時監視和控制海量虛擬電廠資源，實現其柔性精細化控制。主要包括分布式電源控制模塊、可控負荷控制模塊、負負荷控制模塊（負負荷為諸如儲能、電動汽車等具備雙向充放電功能的一類設備），依次實現高滲透清潔能源安全高效消納、微控負荷微調負荷控制、有序充放電管理。

負荷控制云平臺對智能調度控制系統下發的綜合控制指令、控制容量進行分解，實現對友好性負荷的柔性精細化控制，特別是針對智能小區、存量老小區、電動汽車等［ 7-9 ］，如圖2所示。

（1）在智能小區，負荷控制云平臺與智能家電可控終端進行通信實現負荷調節與控制。

（2）在存量老小區，負荷控制云平臺與安裝在各個家庭的智能插件進行通信，通過智能插件技術實現對空調、電暖氣、冰箱、電熱水器等家電的柔性控制。智能插件一方面可以對空調、電暖氣、冰箱、電熱水器進行負荷切除，另一方面可以紅外調節溫控家電的控制溫度達到調節功率的效果。

（3）通過智能充放電可控終端，實現對電動汽車的有序充放電管理，可以達到負荷轉移、削峰填谷的效果。當負荷控制云平臺接收到智能調度控制系統下發的減負荷控制指令時，智能充放電可控終端控制電動汽車的充放電行為，具備反向送電功能的在充電汽車停止充電轉向電網送電；不具備反向送電功能的在充電動汽車直接停止充電；具備儲能功能的電動汽車可以向電網送電。電動汽車通過可控終端的分散控制，既可以減少電網負荷又可以向電網貢獻功率。

圖2　大功率缺失故障情況下虛擬電廠柔性精細化控制示意圖

負荷控制云平臺對不同虛擬電廠資源的控制指令分解下發，需要實時根據虛擬電廠的可控容量進行組合分組，發揮功率聚合支撐作用。

4　結束語

根據江蘇電網的發展現狀，緊密結合特高壓受端電網大功率失去情況下系統功率平衡的需求，構建了基于虛擬電廠和云平臺的負荷柔性控制框架，探討了適用于特高壓受端大電網的負荷精細化新型控制方法。該控制方法可以有效發揮大量虛擬電廠單元的集群聚合效應，貢獻大額功率，快速恢復電網功率的供需平衡，是對傳統電網緊急控制的有益補充，實現支撐電網安全穩定運行和提升供電品質。隨著新技術的發展和管理的精益化，負荷控制云平臺將拓展帶來更多的業務組合，基于用戶智能互動的特高壓受端大電網柔性控制方法也將會日益完善。

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李虎成（1987），男，湖北十堰人，工程師，從事電網調度自動化和主動配電網技術研究工作；

袁宇波（1975），男，江蘇丹陽人，高級工程師，從事繼電保護試驗和研究工作；

張小易（1978），男，河南許昌人，高級工程師，從事電網調度自動化和主動配電網技術研究工作；

袁曉冬（1979），男，江蘇無錫人，高級工程師，從事新能源發電、電能質量分析與控制和主動配電網技術研究工作；

王大江（1984），男，河南鄭州人，工程師，從事電力系統分析仿真技術研究工作。

國家自然科學基金項目：51107032

The Flexible Control Strategy Study of Receiving End Large Power Grid Under Global Energy Connection

LI Hucheng， YUAN Yubo， ZHANG Xiaoyi， YUAN Xiaodong， WANG Dajiang
（Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute， Nanjing 211103， China）

Abstract：This paper puts forward a comprehensive control method of UHV receiving end power grid based on user intelligent interaction. The load flexible control cloud platform， together with the existing dispatching operation and marketing system， realizes load regulation by intelligent electrical outlet with the function of micro-control and infrared adjustment. When high power deficiency happens caused by UHV failure or emergency shutdown， the load control of flexible cloud platform can play an important role on controlling virtual power plant flexibly and fine. The large-scale virtual power plants response to form clusters aggregation effect， contributing large power to support grid power supply and demand balance， to ensure the safe and stable operation of power grid.

Key words：energy connections； ultra-high voltage； receiving end large power grid； virtual power plant； flexible control

中圖分類號：TM732

文獻標志碼：A

文章編號：1009-0665（2016）03-0010-03

作者簡介：

收稿日期：2016 -03-04；修回日期：2016-03-30