主动式配电网调度系统的关键功能设计

长园深瑞继保自动化有限公司 黎海亮 赵 龙

1 序言

传统配电网系统，线路选型、设备选型、继电保护的整定，考虑的都是电流单方向流动的特点，没有针对分布式电源给出合理的调控方案，没有多能互补的响应需求。主动配电网的调度系统，需要完成分布式电源监控、分布式电源调度、分布式电源消纳、全网多能组合优化等控制目标。

主动配电网调度系统开发，需要从源、网、荷、储4个方面进行考虑配套，电源、电网、负荷、储能四部分通过软、硬件数据交互，由中央控制系统调度，更经济、高效地提高电力系统功率动态平衡能力，实现能源最大化利用。

2 系统结构

本文设计的主动式配电网调度系统，属于AEMS(Active Energy Management System)主动式能量管理系统方案，强调对“源、网、荷、储”的优化调度，通过这一技术可以把配电网从传统的被动型用电网，转变成可以根据电网的实际运行状态进行主动管理与控制，并提供主动服务的主动配电网。

“源、网、荷、储”优化调度控制算法是整个主动配电网调度系统的核心，强调“主动管理(active network management)”，充分利用主动配电网的可控资源，实现电网侧的主动控制、负荷侧的主动响应和发电侧的主动参与，变被动接受为主动利用，实现主动配电网的运行目标。有效降低网络损耗，提高分布式能源的使用效率，改进负荷功率因数，提高配电网效率。

系统基于主动式能量管理技术和通讯技术，网内各子系统，均与“源、网、荷、储”优化调度控制系统进行数据交互，接收协调控制命令。

系统结构如图1所示，

图1 系统结构图

3 关键技术

3.1 优化调度控制算法

两级能源优化调度消纳技术，“点消纳”和“线消纳”模式相结合。“点消纳”就是以分布式能源为核心，能源在一定范围内自产自销，微电网就是一种理想的方式；“线消纳”就是分布式能源多发的电量，可以在配电网关联的线路上进行转移利用，不直接倒送至变电站造成线损浪费，而是进行‘线上转移消纳’，这是主动配电网的主要能源消纳方式。

优化调度消纳算法建立过程如下，

（1）数据收集：收集风光资源数据、风光电站的年出力曲线，收集各类储能系统的出力特性曲线与充放电寿命曲线，收集区域各类用户的电、热、冷、气年负荷特性曲线等；

（2）优化建模：基于外部因素与内部需求分析，制定优化目标，明确约束条件，建立优化模型。

（3）模型求解：对复杂优化模型进行分阶段的解耦求解，最终得到局域能源互联网的优化配置方案，并进行模拟仿真运行验证。

优化调度对象为分布式电源、微电网、储能装置、电动汽车充放电设施等接入配电网以及负荷，对配电网各种资源进行调度。优化调度资源包括变电站低压侧母线到配变之间的各种电气资源。优化调度时间包括1年之中多个时间尺度的资源调度，分为长期(年度/季度)、中长期(月度/双周)、短期(日前)、超短期(小时)、实时调度(分钟/秒)。

● 以《配电网运行水平和供电能力评估标准》为指导，在保证配电网运行一般约束条件下提高配电网的可靠性和经济性。

● 各时间尺度有不同的优化权重，其中实时和超短期以可靠性为主要优化目标，

● 短期、中长期、长期以经济性为主要优化目标。

● 保障重要负荷可靠供电和电网的安全供电，以协调平衡优质可靠供电与经济运行为目标，尽量避免破坏负荷的自然用电特性，调度方案最大程度利用清洁可再生能源。

3.2 多区域综合负荷预测

主要指所辖多区域内电负荷、热负荷、冷负荷、天然气负荷的综合预测。对负荷的峰值、用量以及特性曲线做精准的细分预测。负荷预测是所有后续设计运营的基础，很大程度上决定了这个项目的成本。

● 提供综合优化预测算法，包括趋势分析法、回归分析法、指数平滑法、人工神经网络等算法；

● 能够对所管辖电网进行分区预测，对多条负荷预测进行汇总，对辖区内的电、热、冷、气等负荷独立预测；

● 能够考虑若干因素，如节假日、气候、温度等对负荷的影响，提供精细化的预测结果，自动统计预测误差，气象数据和控制参数可人工设置；

● 超短期和短期负荷预报为在线预报，可以定时或随时启动，以多种方式输出显示；

● 能够以曲线或表格形式将历史数据显示出来，供查询和修改；能够按用户定义的模式，自动形成日负荷计划和预测结果文件。

3.3 云平台搭建模式

系统采用自主开发的“SmartCloud智慧电力云平台”架构，适配国内外主流软硬件平台，支持大数据挖掘技术，完美支持众多浏览器及移动终端。用户的各种业务系统，搭建方式灵活，可选择私有云“SmartCloud智慧电力云平台”，也可选择公有云“阿里云平台”解决方案。

云平台方式搭建主动式配电网调度系统，能够大幅降低专业机房、系统软硬件的投资费用，解决方案优势如下：

● 按需购买，根据业务的迅速增长，可随时弹性扩容，满足用户的需求。

● 保证了经济性的同时，还解除了监测信息传播限制，使运营者通过移动终端随时随地查看。

● 平台具备高并发处理能力，结合应用系统的分布式架构，提供高性能的在线服务；

● 具备多种数据分析服务，拥有强大的计算资源，对数据进行深度挖掘；

● 具备全年365天不间断服务，以及异地容灾备份能力，确保安全运营。

3.4 C/S、B/S混合部署模式

主动式配电网调度系统具备C/S、B/S及混合部署模式，既满足电力监控行业严格的安全防护规定，保证完全接入上级能源管理系统；又提供灵活、快速的部署机制，便捷的访问模式，满足智慧能源“互联网+”的发展趋势。生产控制大区和信息管理大区物理隔离，通过协同管控机制进行信息安全交互。

系统提供系统资源管控、通信资源管控、安全防护管理、时钟同步管等功能；提供强大的数据采集功能，可以和远动、保信、电量、在线监测等系统进行数据交换；支持超大规模、海量实时数据处理，适合大规模能量管理系统要求；提供完善的自愈控制系统，配合智能终端，快速切除配电线路故障，第一时间完成非故障区域供电，减少停电损失；通过B/S服务器，支持手机/平板等应用，提供实时数据、图形、曲线、报表、事项等查询。

3.5 主网/配网一体化建模技术

主动式配电网调度系统在满足数据一致性、标识一致性的前提下，各业务系统之间的信息交互依据IEC 61968和IEC 61970国际标准进行建模和交换。系统提供IEC 61968消息及其之间联系的图形化描述与可视化功能。各个应用系统电气设备的统一编码，信息资源统一规划，保证整个配电网数据源的唯一性和信息的高度共享。

各种配电终端，在配调主站完成建模，终端注册后，完成模型映射和配置下载工作，保证终端、主站设备模型一体化，大幅降低重复劳动，形成终端即插即用的管理方式。

4 结束语

通过研究主动式配电网调度系统的关键技术，实现系统结构搭建和功能开发。优化调度的实现，可以提高配电网的电能传输效率，带来节能效益；多电源协同则可有效解决地区输配电能力不足等问题，保证电网稳定可靠运行；还可以进行有效的削峰填谷，利用可再生能源发电，精确控制负荷，创造绿色环保的新型社会。