主動式配電網調度系統的關鍵功能設計

長園深瑞繼保自動化有限公司 黎海亮 趙 龍

1 序言

傳統配電網系統，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控方案，沒有多能互補的響應需求。主動配電網的調度系統，需要完成分布式電源監控、分布式電源調度、分布式電源消納、全網多能組合優化等控制目標。

主動配電網調度系統開發，需要從源、網、荷、儲4個方面進行考慮配套，電源、電網、負荷、儲能四部分通過軟、硬件數據交互，由中央控制系統調度，更經濟、高效地提高電力系統功率動態平衡能力，實現能源最大化利用。

2 系統結構

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

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

系統基于主動式能量管理技術和通訊技術，網內各子系統，均與“源、網、荷、儲”優化調度控制系統進行數據交互，接收協調控制命令。

系統結構如圖1所示，

圖1 系統結構圖

3 關鍵技術

3.1 優化調度控制算法

兩級能源優化調度消納技術，“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，能源在一定范圍內自產自銷，微電網就是一種理想的方式；“線消納”就是分布式能源多發的電量，可以在配電網關聯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’，這是主動配電網的主要能源消納方式。

優化調度消納算法建立過程如下，

（1）數據收集：收集風光資源數據、風光電站的年出力曲線，收集各類儲能系統的出力特性曲線與充放電壽命曲線，收集區域各類用戶的電、熱、冷、氣年負荷特性曲線等；

（2）優化建模：基于外部因素與內部需求分析，制定優化目標，明確約束條件，建立優化模型。

（3）模型求解：對復雜優化模型進行分階段的解耦求解，最終得到局域能源互聯網的優化配置方案，并進行模擬仿真運行驗證。

優化調度對象為分布式電源、微電網、儲能裝置、電動汽車充放電設施等接入配電網以及負荷，對配電網各種資源進行調度。優化調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。優化調度時間包括1年之中多個時間尺度的資源調度，分為長期(年度/季度)、中長期(月度/雙周)、短期(日前)、超短期(小時)、實時調度(分鐘/秒)。

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

● 各時間尺度有不同的優化權重，其中實時和超短期以可靠性為主要優化目標，

● 短期、中長期、長期以經濟性為主要優化目標。

● 保障重要負荷可靠供電和電網的安全供電，以協調平衡優質可靠供電與經濟運行為目標，盡量避免破壞負荷的自然用電特性，調度方案最大程度利用清潔可再生能源。

3.2 多區域綜合負荷預測

主要指所轄多區域內電負荷、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。

● 提供綜合優化預測算法，包括趨勢分析法、回歸分析法、指數平滑法、人工神經網絡等算法；

● 能夠對所管轄電網進行分區預測，對多條負荷預測進行匯總，對轄區內的電、熱、冷、氣等負荷獨立預測；

● 能夠考慮若干因素，如節假日、氣候、溫度等對負荷的影響，提供精細化的預測結果，自動統計預測誤差，氣象數據和控制參數可人工設置；

● 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據顯示出來，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

系統采用自主開發的“SmartCloud智慧電力云平臺”架構，適配國內外主流軟硬件平臺，支持大數據挖掘技術，完美支持眾多瀏覽器及移動終端。用戶的各種業務系統，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調度系統，能夠大幅降低專業機房、系統軟硬件的投資費用，解決方案優勢如下：

● 按需購買，根據業務的迅速增長，可隨時彈性擴容，滿足用戶的需求。

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

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

● 具備多種數據分析服務，擁有強大的計算資源，對數據進行深度挖掘；

● 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

主動式配電網調度系統具備C/S、B/S及混合部署模式，既滿足電力監控行業嚴格的安全防護規定，保證完全接入上級能源管理系統；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“互聯網+”的發展趨勢。生產控制大區和信息管理大區物理隔離，通過協同管控機制進行信息安全交互。

系統提供系統資源管控、通信資源管控、安全防護管理、時鐘同步管等功能；提供強大的數據采集功能，可以和遠動、保信、電量、在線監測等系統進行數據交換；支持超大規模、海量實時數據處理，適合大規模能量管理系統要求；提供完善的自愈控制系統，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，提供實時數據、圖形、曲線、報表、事項等查詢。

3.5 主網/配網一體化建模技術

主動式配電網調度系統在滿足數據一致性、標識一致性的前提下，各業務系統之間的信息交互依據IEC 61968和IEC 61970國際標準進行建模和交換。系統提供IEC 61968消息及其之間聯系的圖形化描述與可視化功能。各個應用系統電氣設備的統一編碼，信息資源統一規劃，保證整個配電網數據源的唯一性和信息的高度共享。

各種配電終端，在配調主站完成建模，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調度系統的關鍵技術，實現系統結構搭建和功能開發。優化調度的實現，可以提高配電網的電能傳輸效率，帶來節能效益；多電源協同則可有效解決地區輸配電能力不足等問題，保證電網穩定可靠運行；還可以進行有效的削峰填谷，利用可再生能源發電，精確控制負荷，創造綠色環保的新型社會。