互动的虚拟电厂智慧运行优化管理一体化平台的应用

余俊杰 杨涌新 刘劲

（广东电网有限责任公司中山供电局 广东省中山市 528400）

我国目前的状况来说，不仅缺少能源，还存在污染问题，因此，就要对电力系统的建设做出改变。电力系统要在保证环保的情况下，做到分散发电。但是，即使做到了分散发电，减少了排放，在这些电力系统同时运行的时候，还会在区域电网的安全稳定、供电可靠性等方面增加风险。同时，分散发电的地点过多，并且每个分散发电的规模还不大，因此，在进行调度的时候，就会有一定的困难，进而其商用价值就下降了。现有分布式能源信息集成建模和交互技术落后，特别是配电网在分布式电源集群控制策略及其平台等关键设备和关键技术上准备不足，尚未形成分布式电源调控系统的专用调控系统，无法满足广东省电力市场化快速推进的要求。

为提升虚拟电厂的可观性和可控性，同时也为了让电网公司可以通过虚拟电厂更好的控制分布式发电，就要加快对集群分布式电源的虚拟电厂协调控制平台研究与开发，为高渗透率分布式电源接入电网的运行控制提供更先进的手段，实现配电网对分布式电源的充分消纳、主动管理和优化控制，使得虚拟电厂能够参与电力市场及辅助市场服务，实现真正意义上的“源-网”协同，达到用户和电网公司的双赢。

1 虚拟电厂智慧运行优化管理一体化平台

1.1 总体框架

总体框架如图1所示。

项目总体分为平台研发和示范应用两部分。其中虚拟电厂智慧运行优化管理一体化平台研发包括通信技术及组网方案设计、实时监视预测子系统研发、虚拟电厂智能调控子系统研发以及市场辅助服务子系统研发四方面内容。示范应用部分包括选择示范对象并进行平台系统部署实施两方面内容。

在虚拟电厂智慧运行优化管理一体化平台的研发内容中，实时监视预测子系统解决了对分布式电源的可观测、可预测问题，分布式电源集群控制通信和组网方案解决了对分布式电源的可感知问题，虚拟电厂智能调控子系统解决了对分布式电源的可调控问题，市场辅助服务子系统解决了对分布式电源供能的可交易问题。整体实现了对分布式电源的智能科学化管理，实现了分布式电源集群内、集群与上级电网间的信息交互和互动，达到配电网对大量分布式电源的全方位、全时段完整性把握。

1.2 主要功能

虚拟电厂智能调控主站提供输配电网三相建模、三相状态估计、分布式发电预测、用户负荷预测、三相潮流计算、虚拟电厂拓扑优化、虚拟电厂有功-无功协调调控、虚拟电厂无功电压优化等功能。虚拟电厂智能调控主站在输配电网状态估计计算的结果基础上，利用基于回路法的三相潮流计算实现虚拟电厂潮流分析，通过网络重构提供集群间的最优运行方式调整，调节虚拟电厂调控范围网络的功率分布，提升配电网对分布式电源的充分消纳、主动管理和优化控制能力。

1.2.1 输配电网三相建模功能

三相建模提供图模库一体化的方式，建立覆盖虚拟电厂调控范围的线路、变压器、电容电抗器、储能、负荷以及所有光伏逆变器的三相详细模型，支持在此模型基础上进行实时监视、潮流分析和控制，具体功能包括：

图1：总体框架

（1）图形生成与编辑：支持采用绘制和编辑图形的方式，描述虚拟电厂网络的三相模型；

（2）设备参数维护：支持在绘制的电网图形上设置每个图元代表的电网设备的名称，并录入电网元件参数。不同的设备的参数类型可以定制，并可以根据应用的要求增加新的参数。参数类型满足集群分析计算的要求，在常规网络分析要求的参数基础上包括如下参数：

（3）母线参数：母线电压等级、电压上下限参数；

（4）变电站变压器参数：铭牌参数、分接头类型、分接头遥控参数；

（5）线路参数：馈线型号、长度、电阻、电抗；

（6）光伏逆变器参数：由虚拟电厂调控范围直接管控的光伏逆变器控制模式、容量约束、功率因数约束、机端电压上下限；

（7）电容电抗器参数：容量参数、档位类型及参数；

（8）储能变流器参数：由虚拟电厂调控范围的变流器控制模式、容量约束、功率因数约束、荷电状态约束、机端电压上下限。

1.2.2 三相状态估计功能

三相状态估计基于三相实时建模，对于量测冗余度高的区域提供抗差估计，可以进行坏数据辨识，对于量测冗余度低的区域，支持大规模电流量测，具体有以下几点功能：

（1）网络的拓扑结构是不断的在改变的，因此就可以通过遥信的实时数据来确定当时的拓扑结构；

（2）支持变比可调变压器的分接头档位分析；

（3）支持根据开关刀闸周围的遥测、遥信等冗余信息自动判定开关、刀闸中的错误状态，自动进行修正，并在画面上显示；

（4）支持量测数据粗监测功能：辨识两端量测值不平衡支路，注入量测值不合理的节点，潮流不平衡的母线，并辨识无支路潮流量测的支路，无注入量测的母线，无电压量测的母线，辨识不可观测元件；

（5）支持对遥测数据中的不良数据进行检测和辨识，指出正常数据和不良数据；

（6）支持远动系统维护，屏蔽和修改实时遥信，对无遥信信息的刀闸状态人工置位，无变压器分接头量测的变压器分接头人工改变档位，对明显不合理的量测进行屏蔽和人工修改，并允许设置量测偏差量，允许人工置入伪量测，扩大可观测区；

（7）支持在接线图上显示三相估计结果，可定时启动、事件启动和人工请求启动；

（8）支持根据估计结果对电压、潮流越限信息发布；

（9）支持对可观测区负荷历史数据记录；

（10）支持估计值和实测值对照。

1.2.3 分布式发电预测功能

分布式发电预测提供光伏电站的功率预测和展示功能，具体功能包括：

（1）数值气象预报：支持接入外部数值气象预报系统，实现数值气象预报日前24 小时预测和日内滚动修正，其预测间隔由接入的数值气象预报系统决定；

（2）日前功率预测：支持根据数值气象预报数据和分布式光伏发电历史数据，预测下一自然日的分布式光伏的发电功率，预测最小间隔可支持15 分钟；

（3）日内功率预测：支持根据气象预报的日内滚动数据，滚动预测下一时段发电功率，预测最小间隔由气象预报滚动数据决定；

（4）数据分析与统计：①在进行数据分析和统计的时候，不用选定固定时间段的数据进行统计和分析，可以随机选取；②在进行功率数据的分析和统计的时候，不是只能统计实时功率数据，如果有需要，历史功率数据的分析和统计也在能力范围内；③数据是具有多样性的，在进行数据的分析和统计的时候，不是只能分析和统计单一的数据，可以全方位的处理数据，保证数据的完整性；④在接收到实时数据之前，都会对数据进行预测，因此，还可以根据得到的实时数据，进行数据预测误差的分析和统计。

（5）图表展示：①图表可以同时展示光伏电站的实时的功率数据和预测的功率数据，同时还可以显示电站具体的位置，主要运用地理图来显示；②图表不仅能显示一个光伏电站的数据，在多个光伏电站同时进行监测的时候，图表就可以同时显示多个光伏电站的数据；③电站的检测系统是全天运行的，因此得到的数据也是不同时间范围内的，所以图表就可以将不同时间范围内的预测数据在同一时间显示。

1.2.4 用户负荷预测功能

用户负荷预测提供对示范区域负荷功率的预测和展示功能，具体功能包括：

（1）日前负荷预测：支持根据数值天气预报、历史数据和典型日信息，预测下一自然日的负荷有功功率和无功功率值，预测最小间隔可支持15 分钟；

（2）日内负荷预测：支持根据气象预报，滚动预测下一时段有功功率和无功功率值，预测最小间隔由气象预报滚动数据和用电采集信息系统中实际负荷更新频率综合决定；

（3）数据分析与统计：①支持对示范区配变的日、周、月、年的负荷特性指标（最大、最小、平均、负荷率、峰谷差、用电量）进行统计分析，对不同行业进行典型日分析；②支持对任意时间区间的预测结果进行误差统计，误差指标包括均方根误差、平均绝对误差率。

1.2.5 三相潮流计算功能

三相潮流计算提供目标区域的电压幅值、相角，线路及变压器功率等信息，具体功能包括：

（1）支持虚拟电厂网络实时三相潮流结果计算，给出节点电压、相角，以及支路有功、无功潮流分布；

（2）支持虚拟电厂调控范围网络历史三相潮流结果计算；

（3）支持潮流越界报警；

（4）支持控制策略仿真模态下三相潮流计算和策略验证。

1.2.6 虚拟电厂拓扑优化功能

表1

虚拟电厂拓扑优化通过操作虚拟电厂网络的开关开合，改变集群的组合方式和虚拟电厂的潮流流向，提升系统的运行效率，具体功能包括：

日前拓扑优化：

（1）支持以降低系统网损为目标的虚拟电厂网络日前优化重构；

（2）支持以提高负载平衡度为目标的虚拟电厂网络日前优化重构；

（3）支持以提高电压安全裕度为目标的虚拟电厂网络日前优化重构；

（4）紧急拓扑切换：支持紧急状态下以运行安全为首要目标，进行实时性的快速网络重构控制。

数据分析与统计：

（1）支持查询历史优化方案、执行情况和执行效果；

（2）支持开关动作频次和效果分析。

1.2.7 虚拟电厂有功-无功协调调控功能

虚拟电厂有功-无功协调调控利用集群和直接管控设备的调控能力，改善虚拟电厂潮流分布，促进分布式发电消纳，具体功能包括：

虚拟电厂有功调度：支持有功功率的优化调度，实现日前以运行经济性为目标、滚动进行经济性修正、实时完成紧急状态控制的运行目标：

（1）日前有功调度：支持以下个自然日运行经济性为目标，协调有功调度、电压优化、网络重构等功能，实现日前综合优化；

（2）滚动有功调度：支持利用分布式发电功率预测和负荷预测在日内的滚动修正数据，滚动优化各集群及直接管控设备的有功功率，实现不同运行状态在经济性和安全性两方面的不同需求；

（3）实时有功控制：支持响应虚拟电厂协同调控系统指令，实时控制各集群和直接管控设备的有功功率，满足指令要求。

2 应用

在应用方面，最先在江西进行了试运行，主要运行的是作为虚拟电厂的一种形式，叫“能效电厂”。“能效电厂”主要应用的原理，就是降低客户对用电的需求。在降低客户的用电需求的同时，其实就是变相增加了电力系统的电力电量。这次试运行主要分成了三部分，并且统计了具体降低了多少用电需求，详情见表1。

通过表1 可以看出，“能效电厂”还是取得了一定的成效的，并且这次试运行也为以后的电厂建设积攒了经验。

3 结语

随着对互动的虚拟电厂智慧运行优化管理一体化平台的深入研究，不难发现该平台可以给我们带来大量的好处，我相信，互动的虚拟电厂智慧运行优化管理一体化平台会以后会成为主流趋势。