基于D5000平臺的能源調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)

王夏艷（國網(wǎng)莆田供電公司）

基于D5000平臺的能源調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)

王夏艷（國網(wǎng)莆田供電公司）

為了保證我省大規(guī)模清潔能源接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要加強(qiáng)對清潔能源的調(diào)度和運(yùn)行控制，我省引進(jìn)新一代智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)D5000，以滿足日益增長的清潔能源發(fā)電并網(wǎng)的需求。

D5000平臺；能源調(diào)度；優(yōu)化系統(tǒng)

1 我省清潔能源限電并網(wǎng)原因分析

1.1 清潔能源與電網(wǎng)發(fā)展不協(xié)調(diào)

在過去，我省電網(wǎng)建設(shè)尚未考慮接入清潔能源，尤其是電網(wǎng)末端線路大規(guī)模接入和遠(yuǎn)距離輸送。清潔能源發(fā)電地一般處在偏遠(yuǎn)地區(qū)，當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷輕，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為薄弱，大規(guī)模清潔能源電量就需要外送消納，但是由于清潔能源發(fā)電快速增長，清潔能源電場建設(shè)卻比電網(wǎng)建設(shè)周期相對短的多，導(dǎo)致電量送出受限，使得清潔能源發(fā)電與電網(wǎng)沒有協(xié)調(diào)同步發(fā)展。

1.2 缺乏有效的調(diào)度手段

整體來說，風(fēng)電、光電等清潔能源調(diào)度管理工作剛剛起步，還處在開拓、探索階段，清潔能源融入大電網(wǎng)還需要構(gòu)筑基于“大運(yùn)行體系”的清潔能源調(diào)度、控制和管理模式。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理薄弱，清潔能源功率預(yù)測技術(shù)水平不高，預(yù)測精度不高，超短期負(fù)荷預(yù)測功能不完善以及清潔能源調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)支持手段不足，制約了清潔能源調(diào)度管理水平的提高，不利于電網(wǎng)及清潔能源電場的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

因此，為了保證我省大規(guī)模清潔能源接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要加強(qiáng)對清潔能源的調(diào)度和運(yùn)行控制，我省引進(jìn)新一代智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)D5000，以滿足日益增長的清潔能源發(fā)電并網(wǎng)的需求[1～2]。

2 D5000調(diào)度系統(tǒng)

要實(shí)現(xiàn)對清潔能源的科學(xué)調(diào)度，需要對系統(tǒng)中的功率及變化趨勢進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并能夠科學(xué)預(yù)測風(fēng)電后者光伏的發(fā)電功率。然后再此基礎(chǔ)上制定相對科學(xué)的發(fā)電計(jì)劃，然后通過風(fēng)電場或者光伏電場的并網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)評價，從而實(shí)現(xiàn)對場站的科學(xué)管理以及對清潔能源的合理調(diào)度，確保整體系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時能夠?qū)崿F(xiàn)提升清潔能源的利用率。

2.1 我省的D5000系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

我省主站端使用的就是該套系統(tǒng)，并將其設(shè)置在諸多風(fēng)場的分站端，以及數(shù)據(jù)通信鏈路上，其詳細(xì)架構(gòu)參考圖1。

我省調(diào)控系統(tǒng)的主站控制端主要分區(qū)功能為：Ⅰ區(qū)主要是實(shí)現(xiàn)對信息的采集實(shí)時監(jiān)控。Ⅱ區(qū)負(fù)責(zé)對風(fēng)電場的功率進(jìn)行預(yù)測。Ⅲ區(qū)則是負(fù)責(zé)調(diào)度管理。主控制系統(tǒng)和之前的EMS系統(tǒng)、OMS系統(tǒng)以及綜合數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行無縫集成，另外還裝置了反向物理隔離裝置來獲取天氣等信息。并能夠集成其他系統(tǒng)完成信息的監(jiān)控、功率預(yù)測結(jié)果、發(fā)電計(jì)劃的電量以及實(shí)現(xiàn)無功功率和有功功率之間的交互。

2.2 福建省清潔能源調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)

在D5000基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺上，我省清潔能源調(diào)度技術(shù)支持應(yīng)用框架共由：電站及資源監(jiān)測與趨勢分析、資源分析與理論發(fā)電能力、功率預(yù)測、接納能力評估、清潔能源調(diào)度計(jì)劃、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估、并網(wǎng)運(yùn)行特性評價、數(shù)據(jù)分析與管理八個模塊組成，如圖2所示。

2.2.1 信息采集與實(shí)時監(jiān)視

圖1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

圖2 清潔能源調(diào)度技術(shù)支持應(yīng)用模塊

我省的調(diào)控機(jī)制具有運(yùn)用地調(diào)式EMS體系轉(zhuǎn)發(fā)與風(fēng)場直傳兩種數(shù)據(jù)互備方式，及時取得省內(nèi)各地風(fēng)電場氣候消息、設(shè)施狀態(tài)消息，還能按時接收超短期以及短期的功率檢測文本，還能夠運(yùn)用OMS體系人為輸入風(fēng)場的相關(guān)參數(shù)。

我省調(diào)度中心借助可視化界面，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)場升壓站、風(fēng)機(jī)測風(fēng)塔、動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備的實(shí)時監(jiān)視，界面簡單明了，便于監(jiān)視人員實(shí)時掌握現(xiàn)場情況。

2.2.2 清潔能源功率預(yù)測

在基于D5000平臺的清潔能源功率預(yù)測系統(tǒng)中，對于風(fēng)電場功率預(yù)測，我省的調(diào)控部門運(yùn)用與省內(nèi)氣候環(huán)境相符合的數(shù)據(jù)高精度天氣預(yù)報(bào)體系；對于省內(nèi)風(fēng)電場的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)所表現(xiàn)出不多的特征，運(yùn)用物理結(jié)合統(tǒng)計(jì)的組合方式構(gòu)建模型進(jìn)行預(yù)測，對模型實(shí)用性有所增強(qiáng)增；對運(yùn)行歷史較久的部分風(fēng)電場，要對其豐富的歷史運(yùn)行所得數(shù)據(jù)充分利用，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)法建立模型，且定時對模型進(jìn)行再訓(xùn)練；在預(yù)測過程中還得對風(fēng)電場現(xiàn)場地形、風(fēng)電機(jī)總類及地理分布位置等能夠造成影響的因素進(jìn)行綜合考慮，根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)測風(fēng)數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的規(guī)律修正結(jié)果；使用模式輸出方法來統(tǒng)計(jì)，參照當(dāng)前與歷史運(yùn)行功率數(shù)值優(yōu)化預(yù)測動態(tài)結(jié)果，提高省內(nèi)預(yù)測精確度；達(dá)到了預(yù)測超短期與短期功率的目的，為制定與實(shí)施發(fā)電計(jì)劃而提供了可靠依據(jù)。

2.2.3 基于多時間尺度的清潔能源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)

由于光電、風(fēng)電的間歇性和波動性，使得預(yù)測難度加大，為了最大化消納清潔能源，我省運(yùn)用由年、月、日及一日內(nèi)多個時刻協(xié)調(diào)的調(diào)度方式。通過評估年、月度的接納能力，從而得出清潔能源在年、月內(nèi)電量規(guī)劃；通過評估目前最大的接納能力，結(jié)合清潔能源與火電規(guī)劃，制定清潔能源輸出區(qū)間的計(jì)劃，且實(shí)現(xiàn)最優(yōu)限電分配；通過評估一日內(nèi)接納的最大能力，反復(fù)訂正規(guī)劃，使清潔能源的接收空間最大化。配合多個時間刻度的條件下，我省清潔能源的預(yù)測浮動性逐步平緩，增大了清潔能源消納的比例[3～4]。

（1）清潔能源年/月度電量計(jì)劃制定方法

我省制定清潔能源年/月度電量計(jì)劃如下：在年、月度環(huán)保能源的長期發(fā)電量預(yù)測基礎(chǔ)之上，通過計(jì)算重新得到清潔能源的發(fā)電時間列表，而后參照運(yùn)行方法、平衡優(yōu)化等方法得出可歸為系統(tǒng)計(jì)劃內(nèi)的電量。

（2）清潔能源日前優(yōu)化調(diào)度方法

我省制定清潔能源計(jì)劃時不光要考慮到調(diào)峰的制約，還要對電網(wǎng)中各斷面潮流的限定進(jìn)行考慮。因而，我省運(yùn)用評估清潔能源接收能力，對功率曲線進(jìn)行平衡優(yōu)化，提前留出清潔能源的空間，讓清潔能源電源與常規(guī)電源協(xié)調(diào)運(yùn)行，提升電網(wǎng)效益。

（3）清潔能源日內(nèi)滾動計(jì)劃

我省將清潔能源接納最大化做為優(yōu)化目的，制定了日前計(jì)劃與范圍和限電時段。因此基于超短期功率預(yù)測，在實(shí)際運(yùn)行中，日前調(diào)度計(jì)劃實(shí)時調(diào)整。一日之內(nèi)的滾動調(diào)整計(jì)劃周期為5～15min，與此同時還需考慮到機(jī)組可調(diào)節(jié)范疇、AGC的機(jī)組運(yùn)行約束及各個饋線與斷面潮流制約。如圖3所示為清潔能源一日計(jì)劃的調(diào)整過程，若日前不進(jìn)行限電，日內(nèi)發(fā)電無法消納，就必須重新調(diào)整調(diào)度計(jì)劃；如果日前有限電，日內(nèi)消納空間充足，可重新調(diào)整日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃，增大清潔能源消納空間。最終，通過滾動調(diào)整，充分開發(fā)清潔能源接納能力，提高我省清潔能源利用率，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 日內(nèi)計(jì)劃調(diào)整過程

3 D5000系統(tǒng)在我省電網(wǎng)的應(yīng)用

經(jīng)過設(shè)備的安裝、參數(shù)錄入、接入調(diào)試等準(zhǔn)備工作，我省電力調(diào)度控制中心調(diào)度班率先在工作中使用D5000系統(tǒng)，通過其監(jiān)控所轄的500kV變電站。調(diào)度員通過該系統(tǒng)的監(jiān)測功能，對、有功功率、無功功率、負(fù)荷潮流、主變溫度等遙測數(shù)據(jù)和開關(guān)變位，保護(hù)動作、控制回路斷線、彈簧未儲能等遙信信號時時監(jiān)視變電站運(yùn)行情況，及時發(fā)現(xiàn)變電站出現(xiàn)的各種問題。監(jiān)控員通過D5000系統(tǒng)的遙控、遙調(diào)功能，可遠(yuǎn)程斷合斷路器和調(diào)節(jié)主變檔位等工作。這些功能極大地提升工作效率，使得調(diào)度員和監(jiān)控員更加快速地了解現(xiàn)場情況，尤其出現(xiàn)事故跳閘等情況時。由于D5000可以集中監(jiān)控，因此變電站可改為無人值守，減少了人力開支。

4 我省基于D5000系統(tǒng)的清潔能源調(diào)度技術(shù)應(yīng)用

調(diào)度運(yùn)行模式是清潔能源調(diào)度的重點(diǎn)。調(diào)度運(yùn)行模式主要由編制協(xié)調(diào)計(jì)劃及調(diào)整功率、信息技術(shù)的全面支撐、安排精益運(yùn)行方式這三個方面組成，其必須適應(yīng)我省清潔能源調(diào)度的需求和目標(biāo)。

4.1 協(xié)調(diào)型計(jì)劃編制及功率調(diào)整

我省調(diào)控的計(jì)劃編制及功率調(diào)整為保證安全的情況下必須以清潔能源接納能力最大為目標(biāo)，那就首先要綜合考慮傳統(tǒng)能源和清潔能源狀況；其次為保證安全性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一以及電網(wǎng)機(jī)組設(shè)備的調(diào)節(jié)性能，就必須根據(jù)不同的掌控施效周期而強(qiáng)化日級運(yùn)行計(jì)劃、小時級調(diào)度計(jì)劃、分鐘級實(shí)時調(diào)度、秒級協(xié)調(diào)與優(yōu)化，由此達(dá)到平滑性過渡[4]，見圖4。

圖4 計(jì)劃編制及功率調(diào)整

在有功控制上，我省清潔能源不僅要具備實(shí)施日前及周期計(jì)劃的實(shí)力還要有參與調(diào)整ACE的閉環(huán)與控制AGC能力。顧及光能與風(fēng)能所具有的間歇性和隨機(jī)性等特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)建立以跟蹤基于功率預(yù)測的日前計(jì)劃或滾動計(jì)劃為主的有功控制模式，為輔的是直接參與AGC控制模式。

4.2 精益化運(yùn)行方式安排

我省的電力體系在利用清潔能源方面，不但要充分利用風(fēng)能與光能發(fā)電，在不具備很成熟的儲能方法時還需使用傳統(tǒng)電力體系做備用供電；因而在安排集中的大規(guī)模清潔能源并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行方法時，還應(yīng)考慮系統(tǒng)安全、能源特性、經(jīng)濟(jì)效益等綜合因素，同時借助EMS系統(tǒng)中的安全分析、風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)評估等輔助完成。此外，雖然風(fēng)、光等的發(fā)電特征對電網(wǎng)的調(diào)峰造成不良影響，同時也證明多種清潔能源結(jié)合開發(fā)使用的高效性。比如，風(fēng)火并用時，因火電提供熱源等原因而不能暫停機(jī)器時，在負(fù)荷的低谷時，可考慮利用光、風(fēng)能量以輔助其發(fā)電，從而達(dá)到高效利用能源的目的，且提高電網(wǎng)實(shí)際經(jīng)濟(jì)收益。

4.3 全方位信息技術(shù)支撐

在智能電網(wǎng)的環(huán)境下，我省基于D5000平臺的清潔能源的智能調(diào)度模式通過各環(huán)節(jié)、各層面的信息互動實(shí)現(xiàn)資源互享和綜合利用，提高了信息的協(xié)調(diào)程度。縱向強(qiáng)化含清潔能源的地調(diào)、省調(diào)及各風(fēng)、光伏電場站運(yùn)行數(shù)據(jù)地交換，就清潔能源運(yùn)行監(jiān)視、電壓調(diào)控指令、功率控制指令、各項(xiàng)靜態(tài)參數(shù)、預(yù)測負(fù)荷的功率等方面進(jìn)行互動；就橫向來說，省調(diào)的內(nèi)部清潔能源體系要與現(xiàn)行OMS、EMS、SCADA等數(shù)據(jù)綜合平臺進(jìn)行信息交換，做到有效運(yùn)轉(zhuǎn)[5]。

5 結(jié)束語

由于風(fēng)能、太陽能等清潔能源發(fā)電具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和間歇性，風(fēng)電還具有反調(diào)峰的特性，加之目前我國這些清潔能源基本都處于“自由”運(yùn)行狀態(tài)，即不參與電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃，這給清潔能源豐富地區(qū)的電網(wǎng)調(diào)度控制帶來了巨大的壓力。大規(guī)模清潔能源的并網(wǎng)運(yùn)行給電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行管理提出了新挑戰(zhàn)，帶來了很多新問題。因此，需要對能源調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

[1]杜貴和，王正風(fēng).智能電網(wǎng)調(diào)度一體化設(shè)計(jì)與研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010（15）.

[2]許鳳茹.地級電網(wǎng)調(diào)控一體化運(yùn)行管理模式研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2011.

[3]張 謙，李 琥，高 松.風(fēng)電對調(diào)峰的影響及其合理利用模式研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2010（06）.

[4]張伯明，吳文傳，鄭太一，孫宏斌.消納大規(guī)模風(fēng)電的多時間尺度協(xié)調(diào)的有功調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動化，2011（01）.

[5]沈 偉，吳文傳，張伯明，鄭太一，孫宏斌.消納大規(guī)模風(fēng)電的在線滾動調(diào)度策略與模型[J].電力系統(tǒng)自動化，2011（22）.

[6]J·G·SLOOTWEG，etc.Integration of Large Scale Wind Parks in the Dutch Power System：A Comparison of the Behavior of Constant and Variable Speed Wind Turbines，2002.

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