省地協(xié)同主配一體化調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的研究

賈亞飛,劉海峰,楊立波,馬 斌,魏穎莉

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司雄安新區(qū)供電公司,河北 雄安新區(qū) 071000;2.國網(wǎng)河北省電力有限公司,河北 石家莊 050021)

0 引言

近年來,新能源技術(shù)迅速發(fā)展,地區(qū)電網(wǎng)中新能源占比逐年增高[13],電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、新能源高效利用等方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[4-6]。由此帶來電力系統(tǒng)自身復(fù)雜度不斷增加以及傳統(tǒng)電力能源與新能源的深度耦合,以廣泛互聯(lián)、智能互動(dòng)、靈活互動(dòng)、安全可控為特征的新一代電力系統(tǒng)正在形成,對電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支撐能力提出了新的要求。

為了適應(yīng)新一代電力系統(tǒng),滿足雄安新區(qū)高可靠性供電要求和綜合能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要[7],在雄安新區(qū)開展新一代電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)試點(diǎn)建設(shè)。從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐、系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)、應(yīng)用功能設(shè)計(jì)、用戶友好體驗(yàn)等方面進(jìn)行全面、深入的考量,建立與新區(qū)電網(wǎng)發(fā)展和組織形態(tài)相適應(yīng)的配套技術(shù)支持系統(tǒng),確保雄安新區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)先進(jìn)、可靠、開放、友好。

本文以新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)為基礎(chǔ),研究主配一體化建設(shè)模式,構(gòu)建具備雄安特色的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu),并探討該系統(tǒng)在雄安新區(qū)實(shí)施過程中的關(guān)鍵問題和特色應(yīng)用,為系統(tǒng)最終落地運(yùn)行提供理論基礎(chǔ),強(qiáng)有力支撐雄安新區(qū)數(shù)字化主動(dòng)電網(wǎng)建設(shè)。

1 主配一體化系統(tǒng)建設(shè)模式

與傳統(tǒng)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度模式不同,雄安新區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃采用主配一體、分區(qū)分組調(diào)度模式,以保障電網(wǎng)安全運(yùn)行,因此需要研究適用于雄安新區(qū)電網(wǎng)調(diào)度模式的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)模式。

作為面向不同電壓等級的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng),主網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)與配網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)配置、軟件構(gòu)成及架構(gòu)等方面大都相同[8],主站軟件功能由平臺(tái)層和應(yīng)用層構(gòu)成。主配一體電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)具有共享全電網(wǎng)信息、增強(qiáng)電網(wǎng)分析與決策精度、節(jié)約系統(tǒng)主站建設(shè)投資和降低運(yùn)維成本等特點(diǎn),尤其適合雄安新區(qū)調(diào)控機(jī)構(gòu)的組織架構(gòu)。

主配一體化系統(tǒng)架構(gòu)和建設(shè)方案的選擇需綜合考慮多種因素,地區(qū)調(diào)控機(jī)構(gòu)主配網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通常有獨(dú)立調(diào)度主站+獨(dú)立配網(wǎng)主站、集中式主配一體化和主配應(yīng)用分離一體化3種建設(shè)模式。3種主配一體化系統(tǒng)建設(shè)模式對比如表1所示。

表1 主配一體化系統(tǒng)建設(shè)模式對比

雄安新區(qū)為新建電網(wǎng),無已經(jīng)建設(shè)使用的主網(wǎng)和配網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。除變電站外,雄安新區(qū)目標(biāo)開關(guān)站、配電室均要接入調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng),電網(wǎng)規(guī)模較大。為滿足雄安電網(wǎng)主配一體、分區(qū)分組的調(diào)控模式,結(jié)合表1,雄安調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)擬采用主配應(yīng)用分離一體化模式。

2 省地協(xié)同的主配一體化系統(tǒng)

目前各地區(qū)級調(diào)度系統(tǒng)均獨(dú)立部署,地區(qū)各自決策,上下級調(diào)度業(yè)務(wù)協(xié)同串行迭代,同級調(diào)度橫向聯(lián)系較弱,影響了協(xié)同決策的時(shí)效性。并且上下級調(diào)度尚未實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型統(tǒng)一同源,影響了分析決策的準(zhǔn)確性。為了加強(qiáng)省地協(xié)同決策的時(shí)效性和準(zhǔn)確性,繼承河北D5000系統(tǒng)建設(shè)成果,遵循安全性、先進(jìn)性、適用性、規(guī)范性、開放性、高可靠性等通用要求,開展基于新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的“云端+就地”全新架構(gòu)研究,提出了省地協(xié)同的主配一體化系統(tǒng)。“云端+就地”系統(tǒng)新架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的監(jiān)視控制類功能在雄安就地建設(shè),分析決策類功能在省公司云端統(tǒng)一建設(shè),雄安地區(qū)與省公司云端各應(yīng)用按需求調(diào)用所需信息。因?yàn)槭〉厣舷录墔f(xié)同,可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全景感知,因此分析決策時(shí)效性更高,計(jì)算更為準(zhǔn)確。

圖1 “云端+就地”系統(tǒng)新架構(gòu)

不同于傳統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng),省地協(xié)同的主配一體化系統(tǒng)在基礎(chǔ)支撐、模型數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)功能方面有很大提升,詳細(xì)分析如下。

2.1 基礎(chǔ)支撐

系統(tǒng)綜合考慮云計(jì)算技術(shù)優(yōu)勢和電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行需求,建立物理機(jī)和虛擬機(jī)混合架構(gòu)及其運(yùn)維保障體系,在安全可靠運(yùn)行的前提下,實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化彈性調(diào)度和自動(dòng)化運(yùn)維,實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)的服務(wù)化和集群化。

2.2 模型數(shù)據(jù)

系統(tǒng)基于物理電網(wǎng)建立統(tǒng)一的地區(qū)電網(wǎng)資源模型,并以之為骨干,實(shí)現(xiàn)各類信息的友好接入、智能互動(dòng)、關(guān)聯(lián)融合、自然貫通,為電網(wǎng)運(yùn)行、生產(chǎn)等業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一、準(zhǔn)確、規(guī)范的信息支撐服務(wù)。

2.3 業(yè)務(wù)功能

系統(tǒng)構(gòu)建開放標(biāo)準(zhǔn)的多業(yè)務(wù)支撐環(huán)境,以模型數(shù)據(jù)平臺(tái)為支撐,面向業(yè)務(wù)應(yīng)用,全面支撐電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行業(yè)務(wù)。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

雄安新區(qū)省地協(xié)同主配一體化系統(tǒng)基于國家電力調(diào)度控制中心新開發(fā)的新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng),在運(yùn)行控制平臺(tái)和云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)上,采用分布式就地部署和云端部署相結(jié)合的方式,其中實(shí)時(shí)監(jiān)視、自動(dòng)控制在雄安監(jiān)控系統(tǒng)中部署,分析校核、培訓(xùn)仿真、運(yùn)行評估及數(shù)據(jù)服務(wù)等依托省級云節(jié)點(diǎn),實(shí)施云端部署。

3.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

省地協(xié)同主配一體化系統(tǒng)軟件架構(gòu)包括支撐平臺(tái)和業(yè)務(wù)應(yīng)用,結(jié)合雄安新區(qū)主動(dòng)配電網(wǎng)、主配一體化等實(shí)際情況進(jìn)行了選擇與增補(bǔ),系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)

系統(tǒng)在總體架構(gòu)上采用雙活管理建設(shè)模式,基于電力監(jiān)控業(yè)務(wù)中臺(tái),構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)控制等應(yīng)用和主配協(xié)同、有源配電等場景,利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng),廣泛采集發(fā)電廠、變電站、開關(guān)站、配電房、氣象環(huán)境、用戶負(fù)荷等主配網(wǎng)數(shù)據(jù),并基于人機(jī)云終端,實(shí)現(xiàn)主配一體業(yè)務(wù)應(yīng)用的統(tǒng)一瀏覽和查看。主配系統(tǒng)均部署實(shí)時(shí)監(jiān)視、自動(dòng)控制等應(yīng)用和主配協(xié)同、有源配電等場景。

3.2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用雙活方式建設(shè),跨生產(chǎn)控制大區(qū)和非生產(chǎn)控制大區(qū)部署,硬件包含主配網(wǎng)采集服務(wù)器、各類應(yīng)用服務(wù)器、分布式存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

生產(chǎn)控制大區(qū)I區(qū)負(fù)責(zé)地區(qū)電網(wǎng)實(shí)時(shí)控制類數(shù)據(jù)采集、處理和控制等SCADA功能,以及AVC和新能源(分布式電源)協(xié)調(diào)控制功能。在生產(chǎn)控制大區(qū)設(shè)置安全接入?yún)^(qū),實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)通過公網(wǎng)信息的交換,以及采用公網(wǎng)、無線通信方式的配電終端的接入。

在生產(chǎn)控制大區(qū)Ⅱ區(qū)部署網(wǎng)絡(luò)安全管理、電能量計(jì)量、故障錄波、電力市場、停電計(jì)劃、發(fā)電計(jì)劃、安全校核、負(fù)荷預(yù)測和源網(wǎng)荷儲(chǔ)等功能服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

4 雄安新區(qū)特色應(yīng)用功能

系統(tǒng)應(yīng)用面向整個(gè)雄安新區(qū)電網(wǎng),涵蓋主網(wǎng)、配網(wǎng)、新能源發(fā)電預(yù)測和負(fù)荷調(diào)度運(yùn)行監(jiān)控業(yè)務(wù),以主配一體、有源配電網(wǎng)2項(xiàng)核心進(jìn)行設(shè)計(jì),強(qiáng)化主配一體化、省地協(xié)同、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化、可控負(fù)荷柔性調(diào)度等功能。以人工智能技術(shù)為驅(qū)動(dòng),以“事務(wù)助手、業(yè)務(wù)參謀、決策專家、智慧大腦”為目標(biāo),建立持續(xù)進(jìn)化電網(wǎng)運(yùn)行控制大腦,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全局可觀、可測、可控,建成“三自兩靈活”主動(dòng)配電網(wǎng)。以下就雄安特色功能進(jìn)行分析。

4.1 電網(wǎng)一張圖調(diào)度

系統(tǒng)從“電網(wǎng)天然一張圖”特點(diǎn)出發(fā),以電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系為紐帶,基于主配用全網(wǎng)模型,結(jié)合GIS展示、自動(dòng)成圖等技術(shù),實(shí)現(xiàn)220 k V到380 V電網(wǎng)設(shè)備“一張圖”全景監(jiān)視。最大限度的挖掘地區(qū)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式的數(shù)據(jù)價(jià)值,以調(diào)控中心為主要視角,提升跨部門、跨業(yè)務(wù)、跨系統(tǒng)的協(xié)同合作能力,實(shí)踐“數(shù)據(jù)一個(gè)源、電網(wǎng)一張圖、業(yè)務(wù)一條線”的目標(biāo),提高電力系統(tǒng)運(yùn)行水平和電網(wǎng)資產(chǎn)運(yùn)營效率。

4.2 可調(diào)負(fù)荷接入控制

針對雄安新區(qū)會(huì)有用戶配電室、充電站儲(chǔ)能、分布式光伏等大量可調(diào)負(fù)荷需求,系統(tǒng)結(jié)合各類負(fù)荷資源分布特點(diǎn),通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、4G公網(wǎng)/專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)安全區(qū)等接入方式,采用規(guī)范化數(shù)據(jù)格式、標(biāo)準(zhǔn)化采集接口,實(shí)現(xiàn)各類資源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集接入。負(fù)荷資源接入系統(tǒng)后,通過多區(qū)域狀態(tài)估計(jì)模型,采用分布式計(jì)算方法對地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行求解,結(jié)合殘差搜索等異常數(shù)據(jù)辨識、數(shù)據(jù)校核方法,對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和質(zhì)量稽查,避免不當(dāng)數(shù)據(jù)對調(diào)度運(yùn)行的干擾?？烧{(diào)節(jié)負(fù)荷調(diào)控原理如圖3所示。

圖3 可調(diào)節(jié)負(fù)荷調(diào)控原理

結(jié)合負(fù)荷資源的基礎(chǔ)屬性,從空間、時(shí)間、可調(diào)度屬性等維度,構(gòu)建統(tǒng)一的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源池,對內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷資源的可觀、可控、可調(diào)、可測,對上作為地區(qū)級負(fù)荷聚合商提供負(fù)荷調(diào)節(jié)能力、調(diào)節(jié)策略生成。面向地區(qū)電網(wǎng)局部過載消除、新能源消納等業(yè)務(wù)需求,在常規(guī)資源調(diào)節(jié)手段不足時(shí),利用負(fù)荷側(cè)資源的彈性調(diào)節(jié)能力,實(shí)現(xiàn)各類負(fù)荷資源省地協(xié)調(diào),促進(jìn)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力提升。

4.3 新能源負(fù)荷預(yù)測

隨著雄安新區(qū)分布式電源的并網(wǎng)建設(shè)推進(jìn),需要開展地區(qū)電網(wǎng)新能源負(fù)荷預(yù)測分析,保障新能源消納,確保電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

基于雄安系統(tǒng)模型完整、數(shù)據(jù)全面的特點(diǎn),系統(tǒng)充分發(fā)揮雄安調(diào)控中心在負(fù)荷管理和特性識別方面的優(yōu)勢,綜合考慮市場激勵(lì)機(jī)制、分布式新能源等小電源、運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變、節(jié)假日以及天氣等因素與負(fù)荷變化的影響關(guān)系?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù),建立在線更新的智能預(yù)測模型,智能追蹤母線負(fù)荷的變化趨勢,通過還原真實(shí)用電的方式智能分析新能源機(jī)組(集中式新能源、分布式新能源)并網(wǎng)對母線負(fù)荷下網(wǎng)的影響,實(shí)現(xiàn)110 k V及以下母線負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測,通過拓?fù)潢P(guān)系自動(dòng)匯聚到220 k V上送省調(diào),有效提升系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確性,有力支撐計(jì)劃編制、市場出清和安全校核。

5 系統(tǒng)先進(jìn)性分析

系統(tǒng)采用“云端+就地”相結(jié)合的體系架構(gòu),實(shí)現(xiàn)硬件共享、平臺(tái)統(tǒng)一、人機(jī)統(tǒng)一、模型統(tǒng)一、采集統(tǒng)一的高度主配一體化,可有效節(jié)約人力維護(hù)成本及系統(tǒng)建設(shè)成本,有效支撐主配網(wǎng)集約化、精細(xì)化、專業(yè)化管理。系統(tǒng)正式運(yùn)行后將會(huì)對雄安新區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行和運(yùn)維水平提升效果明顯,電網(wǎng)安全化水平、可靠化水平、智能化水平3項(xiàng)指標(biāo)將平均提升8%～10%,尤其在安全化水平中,電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行控制能力將從64%提升至93%,在智能化水平的電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)智能決策能力從71%提升至89%。綜上所述,雄安新區(qū)新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)對保障雄安電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保障,顯著提升調(diào)度智能化水平。

5.1 安全化水平

為保障電網(wǎng)持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行,新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)對電網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)運(yùn)行控制,基于態(tài)勢感知信息,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)N—1、N—2及其他嚴(yán)重故障的主動(dòng)事故預(yù)想,提示安全邊界。采用電網(wǎng)控制知識圖譜,主動(dòng)規(guī)避電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn),根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行多元約束條件,自動(dòng)尋優(yōu)、自主調(diào)度?；陔娋W(wǎng)運(yùn)行知識圖譜,全局優(yōu)化、智能排定停電計(jì)劃,減少重復(fù)停電。工作票業(yè)務(wù)流自動(dòng)觸發(fā)、自動(dòng)校核,安全措施自動(dòng)嵌入,滿足標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)派發(fā),發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)提示介入,保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2 可靠化水平

為保障電網(wǎng)可靠、持續(xù)電力供應(yīng)能力,新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)以統(tǒng)一模型為信息基礎(chǔ),以監(jiān)控系統(tǒng)為控制和輸出手段,綜合電網(wǎng)拓?fù)鋱D模、電網(wǎng)運(yùn)行(實(shí)時(shí)、預(yù)測、歷史)和氣象地理環(huán)境數(shù)據(jù),以及水熱冷氣等外部能源數(shù)據(jù)和綜合能源管理信息,進(jìn)行全局分析、風(fēng)險(xiǎn)全局防控、策略全局優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)各類電網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)籌優(yōu)化、協(xié)調(diào)控制、智能決策、協(xié)同自愈,保障高可靠供電。

5.3 智能化水平

新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)采用深度學(xué)習(xí)、知識圖譜、圖像識別、語音識別等人工智能技術(shù),提高電網(wǎng)態(tài)勢感知能力和決策自適應(yīng)能力,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備重過載、電壓越限等電網(wǎng)異常運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)判。對不同電網(wǎng)運(yùn)行異常自動(dòng)分析生成自適應(yīng)控制決策的能力表征,為調(diào)度員提供決策支持。

6 結(jié)論

依據(jù)新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)方案,結(jié)合雄安新區(qū)實(shí)際,新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)采用“云端+就地”相結(jié)合的體系架構(gòu),實(shí)現(xiàn)平臺(tái)統(tǒng)一、人機(jī)統(tǒng)一、模型統(tǒng)一、采集統(tǒng)一的高度主配一體化,實(shí)現(xiàn)全場景數(shù)據(jù)建模、集中分析決策和電網(wǎng)自動(dòng)巡航和源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化、可控負(fù)荷柔性調(diào)度,支撐雄安新區(qū)全電壓、扁平化電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)開展,保障雄安新區(qū)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行,可推動(dòng)雄安新區(qū)數(shù)字化主動(dòng)電網(wǎng)建設(shè)。