海島新能源供電系統(tǒng)SCADA/EMS總體設(shè)計(jì)

黎燦兵，譚 益，曹一家，張智琨，曾 誠(chéng)，劉 嶼，祁桂剛

（湖南大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082）

能量管理系統(tǒng)（Energy Management System，EMS）作為電力系統(tǒng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，自1970年提出以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步（如計(jì)算機(jī)技術(shù)）不斷得到發(fā)展并廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)［1］.在智能電網(wǎng)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，大電網(wǎng)EMS朝著愈加智能化的方向發(fā)展［2］.

微網(wǎng)是美國(guó)電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)（CERTS）首先提出的新型供電模式，新能源發(fā)電（如風(fēng)電、光伏發(fā)電）在微網(wǎng)中可以得到有效地集成利用［3－7］.微網(wǎng) EMS（又稱“微網(wǎng)控制中心”［8］）是微網(wǎng)的重要組成部分.目前，微網(wǎng)EMS的相關(guān)研究主要包括3個(gè)方面：功能和高級(jí)應(yīng)用［7，9］、信息集成技術(shù)［9－11］和優(yōu)化調(diào)度技術(shù)等［6－8，12］.

海島新能源儲(chǔ)量豐富，且許多海島供電系統(tǒng)存在著孤島運(yùn)行模式，因此，可以借鑒采用微網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建海島新能源供電系統(tǒng)［5］.但是，相比于典型微網(wǎng)，海島新能源供電系統(tǒng)具有3個(gè)主要特征：①海島新能源供電系統(tǒng)中間歇式新能源發(fā)電比重高，且較多海島新能源供電系統(tǒng)接近甚至達(dá)到百分百，導(dǎo)致海島新能源供電系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性很大；②許多海島與陸地分離，其供電系統(tǒng)與大電網(wǎng)聯(lián)系脆弱甚至沒(méi)有聯(lián)絡(luò)，以孤島運(yùn)行模式為主，然而典型微網(wǎng)以并網(wǎng)運(yùn)行為主［6］；③一些海島自然災(zāi)害多發(fā)［13］，而微網(wǎng)一般運(yùn)行于正常的氣候環(huán)境下，因此，減少惡劣天氣條件下停電負(fù)荷是海島新能源供電系統(tǒng)重要的任務(wù)之一.

海島新能源供電系統(tǒng)是一個(gè)特殊的微網(wǎng)，它需要特殊設(shè)計(jì)的SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）/EMS來(lái)保障電力供應(yīng).但是，目前缺乏海島新能源供電系統(tǒng)SCADA/EMS方面的研究.基于此，筆者主要圍繞海島新能源供電系統(tǒng)SCADA/EMS展開討論.

1 海島新能源供電系統(tǒng)SCADA的特點(diǎn)

由于海島新能源供電系統(tǒng)的特性，因此其SCADA具有自身的特點(diǎn).

1.1 數(shù)據(jù)采樣周期短

由于間歇性新能源發(fā)電所占比例高，海島新能源供電系統(tǒng)的電壓和頻率波動(dòng)明顯大于大電網(wǎng).如果海島新能源供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣周期跟大電網(wǎng)一致，那么將很難做到新能源供電系統(tǒng)的精確運(yùn)行.因此，在海島新能源供電系統(tǒng)中采樣周期需要相應(yīng)縮短，如表1所示.

表1 海島新能源供電系統(tǒng)與大電網(wǎng)數(shù)據(jù)采樣周期對(duì)比Table 1 Contrast of data sampling periods between new energy power supply system of islands and bulk power system

1.2 設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與SCADA融合

在大電網(wǎng)中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，被用于監(jiān)測(cè)電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài).作為一個(gè)規(guī)模相當(dāng)小的電力系統(tǒng)，海島新能源供電系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)量較少，因此設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以整合到SCADA中.另一方面，大量的新能源發(fā)電和更多的隨機(jī)負(fù)荷增加了系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性，這增加了實(shí)時(shí)控制管理的需求.因此，新能源供電系統(tǒng)SCADA應(yīng)該配置設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電變壓器的溫度及線路弧垂等信息.

1.3 SCADA采集的數(shù)據(jù)豐富多樣

在海島新能源供電系統(tǒng)中，新能源發(fā)電是多樣的，有海流能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電等等，此類新能源都容易受自然因素影響，例如，風(fēng)力發(fā)電取決于風(fēng)速.因此，由SCADA收集的數(shù)據(jù)不僅包括電氣參數(shù)如電壓、電流，也包括如風(fēng)速、光照強(qiáng)度等新能源供電系統(tǒng)中非常重要的非電氣參數(shù).與此同時(shí)，由于SCADA融合了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因此，SCADA可采集在線設(shè)備的狀態(tài)信息.

2 海島新能源供電系統(tǒng)SCADA/EMS架構(gòu)

與大電網(wǎng)、微網(wǎng)相比，海島新能源供電系統(tǒng)具有間歇式新能源比重高、運(yùn)行環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，如表2所示.

如圖1所示，根據(jù)海島新能源供電系統(tǒng)的特性，SCADA/EMS的體系架構(gòu)可設(shè)計(jì)成為3個(gè)層次：智能監(jiān)控和能量管理層、通訊管理層以及間隔層.

表2 海島新能源供電系統(tǒng)、一般微網(wǎng)、大電網(wǎng)對(duì)比Table 2 Comparisons among new energy power supply system of islands，typical microgrid and bulk power system

圖1 海島新能源供電系統(tǒng)SCADA/EMS的體系架構(gòu)Figure 1 SCADA/EMS architecture for new energy power supply system of islands

1）智能監(jiān)控和能量管理層.

智能監(jiān)控和能量管理層是海島新能源供電系統(tǒng)的核心部分，它由SCADA和EMS組成.SCADA負(fù)責(zé)搜集和匯總包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)等新能源電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等.EMS是海島新能源供電系統(tǒng)的大腦，它負(fù)責(zé)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.EMS的主要功能包括短期負(fù)荷和新能源發(fā)電預(yù)測(cè)、在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度、緊急事件分析、潮流分析、發(fā)電計(jì)劃以及預(yù)防控制等.

2）通訊管理層.

通訊管理層是海島新能源供電系統(tǒng)的信息通道.它負(fù)責(zé)上傳已收集的運(yùn)行狀態(tài)信息以實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控和能量管理.為了更好地收集到全部電量和非電量數(shù)據(jù)，每一個(gè)新能源電站都安裝了通訊管理機(jī).考慮到SCADA系統(tǒng)整合了狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通訊管理機(jī)需要具備比較大的容量?jī)?chǔ)存數(shù)據(jù)，并且有能力適應(yīng)各種嚴(yán)峻的運(yùn)行環(huán)境.

3）間隔層.

間隔層主要負(fù)責(zé)新能源電站的設(shè)備監(jiān)測(cè)，包括變壓器、發(fā)電設(shè)備等，考慮到新能源電站的規(guī)模，間隔層宜采用小型化硬件平臺(tái)，保證安裝使用方便.海島新能源供電系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境也要求間隔層設(shè)備在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的抗干擾能力的基礎(chǔ)上，具備承受惡劣環(huán)境的能力.

3 EMS基本框架

筆者提出的海島新能源供電系統(tǒng)EMS架構(gòu)如圖2所示，它以調(diào)度計(jì)劃模塊為核心，主要包括壞數(shù)據(jù)識(shí)別與修復(fù)模塊、狀態(tài)估計(jì)與模式識(shí)別模塊、負(fù)荷/新能源發(fā)電預(yù)測(cè)模塊、安全預(yù)警模塊、災(zāi)害評(píng)估與處置模塊以及黑啟動(dòng)輔助決策模塊等；海島新能源供電系統(tǒng)EMS與大電網(wǎng)EMS各模塊之間的對(duì)比如表3所示.

圖2 海島新能源供電系統(tǒng)EMS框架體系Figure 2 EMS architecture for new energy power supply system of islands

表3 海島新能源供電系統(tǒng)EMS與大電網(wǎng)EMS功能模塊對(duì)比Table 3 EMS comparison between new energy power supply system of islands and bulk power system

3.1 壞數(shù)據(jù)識(shí)別與修復(fù)模塊

海島新能源供電系統(tǒng)SCADA實(shí)時(shí)采集上傳的負(fù)荷、氣象等信息，由于測(cè)量誤差等各種原因，不可避免地存在一些壞數(shù)據(jù).因此，筆者設(shè)計(jì)的海島新能源供電系統(tǒng)EMS首先對(duì)SCADA匯總的負(fù)荷數(shù)據(jù)和氣象信息進(jìn)行預(yù)處理，初步篩選出負(fù)荷、氣象等信息中的壞數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修復(fù).

海島新能源供電系統(tǒng)EMS與傳統(tǒng)大電網(wǎng)EMS在壞數(shù)據(jù)識(shí)別和修復(fù)模塊存在以下不同：

1）與大電網(wǎng)相比，海島新能源供電系統(tǒng)作為一個(gè)特殊的微網(wǎng)，是一個(gè)容量十分小的電力系統(tǒng)，其負(fù)荷曲線光滑性比較差［14］.另一方面，海島新能源供電系統(tǒng)四面環(huán)海，受天氣因素影響大，這加劇了負(fù)荷變化的隨機(jī)性.如果仍然采用大電網(wǎng)常規(guī)的壞數(shù)據(jù)識(shí)別和修復(fù)方法，則修復(fù)誤差可能比較大.因此，筆者設(shè)計(jì)的海島新能源供電系統(tǒng)壞數(shù)據(jù)識(shí)別和修復(fù)模塊專門設(shè)置了過(guò)濾算法，盡可能排除負(fù)荷曲線光滑性差等對(duì)壞數(shù)據(jù)識(shí)別的影響；

2）海島新能源供電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般為輻射式網(wǎng)絡(luò)，不能像大電網(wǎng)一樣根據(jù)分層、分區(qū)采集的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行壞數(shù)據(jù)識(shí)別.因此，海島新能源供電系統(tǒng)SCADA數(shù)據(jù)的預(yù)處理難度比一般的傳統(tǒng)大電網(wǎng)大，需要挖掘新的方法；

3）海島新能源供電系統(tǒng)EMS不僅需要對(duì)電力負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行壞數(shù)據(jù)識(shí)別和修復(fù)，還要對(duì)實(shí)時(shí)采集的冷、熱負(fù)荷等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理.

3.2 狀態(tài)估計(jì)/模式識(shí)別模塊

筆者設(shè)計(jì)的狀態(tài)估計(jì)模塊根據(jù)采集的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，估計(jì)海島新能源供電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)等.該狀態(tài)估計(jì)模塊同樣也具有一定的量測(cè)壞數(shù)據(jù)辨識(shí)功能.雖然海島新能源供電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是間歇式新能源發(fā)電比重高，因此狀態(tài)估計(jì)的難度不小.

作為一種特殊的微網(wǎng)，海島新能源供電系統(tǒng)有3種運(yùn)行模式：并網(wǎng)模式、孤島模式和2種模式之間的切換模式（該模式持續(xù)時(shí)間特別短，因此，不考慮作為EMS調(diào)度管理的內(nèi)容，即認(rèn)為海島新能源供電系統(tǒng)的運(yùn)行模式只包括并網(wǎng)模式和孤島模式）［6，15］.模式識(shí)別的主要工作就是正確識(shí)別海島新能源供電系統(tǒng)處于何種運(yùn)行模式，為海島新能源供電系統(tǒng)開展正確的調(diào)度管理提供基礎(chǔ).如果海島新能源供電系統(tǒng)運(yùn)行于孤島模式，模式識(shí)別模塊將進(jìn)一步評(píng)估孤島運(yùn)行時(shí)間.

3.3 負(fù)荷/新能源發(fā)電預(yù)測(cè)模塊

負(fù)荷/新能源發(fā)電預(yù)測(cè)模塊提供的數(shù)據(jù)是海島新能源供電系統(tǒng)進(jìn)行安全預(yù)警、制定調(diào)度計(jì)劃、安排檢修計(jì)劃等的基礎(chǔ).

風(fēng)電等間歇式新能源發(fā)電由于受風(fēng)速等氣象因素影響，隨機(jī)性比較強(qiáng)，進(jìn)行周級(jí)、月級(jí)等以上的預(yù)測(cè)誤差很大，實(shí)際意義比較?。?6］.因此，筆者設(shè)計(jì)的海島新能源發(fā)電預(yù)測(cè)周期包括天級(jí)、小時(shí)級(jí)、分鐘級(jí)、秒級(jí)預(yù)測(cè).另一方面，負(fù)荷是海島新能源供電系統(tǒng)供需平衡的主動(dòng)方，因此負(fù)荷預(yù)測(cè)周期也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)變動(dòng)，分為天級(jí)、小時(shí)級(jí)、分鐘級(jí)、秒級(jí)負(fù)荷預(yù)測(cè).

3.4 安全預(yù)警模塊

安全預(yù)警模塊包括運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定校核等功能.

筆者設(shè)計(jì)的安全預(yù)警模塊在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，不僅考慮線路故障發(fā)生概率，而且將隨機(jī)波動(dòng)的新能源發(fā)電出力、儲(chǔ)能裝置容量、負(fù)荷變化等因素作為重點(diǎn)考慮的內(nèi)容.由于線路故障的發(fā)生等同時(shí)具有隨機(jī)性和模糊性，因此，海島新能源供電系統(tǒng)安全預(yù)警模塊采用可信性理論［17］，評(píng)估海島新能源供電系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，給出海島新能源供電系統(tǒng)的安全級(jí)別.

海島新能源供電系統(tǒng)孤島運(yùn)行模式的穩(wěn)定裕度比并網(wǎng)運(yùn)行的模式小很多，因此，孤島運(yùn)行的海島新能源供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)預(yù)警要求高，評(píng)估周期短.

3.5 調(diào)度計(jì)劃模塊

調(diào)度計(jì)劃模塊是海島新能源供電系統(tǒng)EMS的核心模塊，負(fù)責(zé)海島負(fù)荷和電源的電力電量平衡.其具體工作為①根據(jù)海島新能源供電系統(tǒng)的具體運(yùn)行模式以及系統(tǒng)安全級(jí)別、檢修計(jì)劃等，制定更新海島新能源供電系統(tǒng)發(fā)電計(jì)劃；②系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)實(shí)行預(yù)防控制，系統(tǒng)出現(xiàn)三相短路故障等情況時(shí)實(shí)行緊急控制.

海島新能源供電系統(tǒng)EMS調(diào)度計(jì)劃模塊與傳統(tǒng)大電網(wǎng)EMS調(diào)度計(jì)劃模塊相比，具有特點(diǎn)：

1）可調(diào)度資源種類多，包括熱電聯(lián)合發(fā)電單元等部分可控電源、儲(chǔ)能裝置、可控負(fù)荷；

2）不可調(diào)度資源比重很高，包括風(fēng)電、光伏發(fā)電、海流能發(fā)電等；

3）包括并網(wǎng)和孤島2種運(yùn)行模式，不同運(yùn)行模式調(diào)度策略不同，且孤島運(yùn)行時(shí)間比典型微網(wǎng)長(zhǎng)很多.

3.6 災(zāi)害評(píng)估與處置模塊

災(zāi)害評(píng)估與處置模塊從天氣預(yù)報(bào)結(jié)果出發(fā)，結(jié)合海島新能源供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)評(píng)估海島天氣狀況及其發(fā)展趨勢(shì)對(duì)海島新能源供電系統(tǒng)的影響，給出不同天氣狀況下海島新能源供電系統(tǒng)的災(zāi)害警報(bào)水平.

如果災(zāi)害警報(bào)水平偏高，超過(guò)預(yù)定警戒值，則災(zāi)害評(píng)估與處置模塊根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和災(zāi)害警報(bào)水平快速制定災(zāi)害處置方案.根據(jù)海島新能源供電系統(tǒng)的運(yùn)行模式，不同災(zāi)害警報(bào)水平下的災(zāi)害處置方案又可分為孤島模式處置方案和并網(wǎng)模式處置方案.災(zāi)害評(píng)估與處置模塊主要用于保障臺(tái)風(fēng)、暴雨等自然災(zāi)害條件下海島重要負(fù)荷的供電.

3.7 黑啟動(dòng)輔助決策模塊

孤島運(yùn)行的海島新能源供電系統(tǒng)，在出現(xiàn)多重故障、極端惡劣天氣等情況時(shí)，容易出現(xiàn)全網(wǎng)大停電事故.故障清除之后，海島新能源供電系統(tǒng)需要根據(jù)合理的黑啟動(dòng)方案快速恢復(fù)負(fù)荷供電.

海島新能源供電系統(tǒng)EMS需要根據(jù)新能源出力預(yù)測(cè)和負(fù)荷水平實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新黑啟動(dòng)方案，保證海島新能源供電系統(tǒng)大停電事故后的供電快速恢復(fù).文獻(xiàn)［18］已經(jīng)提出了一套微網(wǎng)黑啟動(dòng)方案的制定方法，但是沒(méi)有詳細(xì)闡述如何確定黑啟動(dòng)每一步具體實(shí)施的時(shí)間.由于風(fēng)電等電源的間歇性，海島新能源系統(tǒng)黑啟動(dòng)過(guò)程中需要根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)更新其間歇式新能源發(fā)電的黑啟動(dòng)流程和時(shí)間.

4 調(diào)度計(jì)劃模塊

4.1 多樣化的調(diào)度目標(biāo)

海島新能源供電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行模式和孤網(wǎng)運(yùn)行模式有著不同的安全性和穩(wěn)定性要求.因此，如圖3所示，海島新能源供電系統(tǒng)調(diào)度計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)具有多樣性：

圖3 海島新能源供電系統(tǒng)調(diào)度目標(biāo)Figure 3 Dispatching targets of new energy power supply system of islands

1）當(dāng)海島新能源供電系統(tǒng)工作于并網(wǎng)模式時(shí)，主網(wǎng)能為其運(yùn)行提供有效的頻率電壓支持［15，19］，因此調(diào)度計(jì)劃可以將經(jīng)濟(jì)性作為目標(biāo)函數(shù)；

2）當(dāng)海島新能源供電系統(tǒng)運(yùn)行于孤網(wǎng)模式時(shí)，若安全穩(wěn)定裕度比較大，則調(diào)度計(jì)劃的目標(biāo)是盡可能保證所有負(fù)荷電能供應(yīng)的可靠性，縮小電力中斷的范圍和時(shí)間；

3）當(dāng)海島新能源供電系統(tǒng)運(yùn)行于孤網(wǎng)模式時(shí)，若安全穩(wěn)定裕度比較小，則調(diào)度計(jì)劃的目標(biāo)是保證重要負(fù)荷的電能質(zhì)量；

4）當(dāng)海島新能源供電系統(tǒng)運(yùn)行于孤網(wǎng)模式，若安全穩(wěn)定裕度很小時(shí)，調(diào)度計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)是重要負(fù)荷的電力可靠性，盡可能保證重要負(fù)荷的電力供應(yīng).

4.2 動(dòng)態(tài)的調(diào)度周期

在海島新能源供電系統(tǒng)中，新能源發(fā)電的比重高，需要在制定調(diào)度計(jì)劃之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè).然而，間歇性新能源預(yù)測(cè)的可信度不確定，并且大體上隨著預(yù)測(cè)時(shí)間增加而變大，這與負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差的規(guī)律基本一致.

因此，在制定調(diào)度計(jì)劃時(shí)需要首先評(píng)估間歇性新能源和負(fù)荷預(yù)測(cè)的可信度，并選擇適當(dāng)?shù)淖畲笳{(diào)度周期.若負(fù)荷和新能源發(fā)電預(yù)測(cè)的可信度不能滿足安全性的需求，則當(dāng)前負(fù)荷和新能源預(yù)測(cè)誤差太大，需要縮小最大調(diào)度周期，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)大電網(wǎng)的調(diào)度經(jīng)驗(yàn)制定不同時(shí)間尺度的調(diào)度計(jì)劃.比如：大電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃可分為周調(diào)度計(jì)劃、日調(diào)度計(jì)劃、小時(shí)調(diào)度計(jì)劃.相應(yīng)地，在海島新能源供電系統(tǒng)中，調(diào)度計(jì)劃的時(shí)間尺度可以根據(jù)最大調(diào)度周期來(lái)劃分成4種.

假設(shè)初始最大調(diào)度周期為Tmax，可信度最大值為Pcre，t，則調(diào)度計(jì)劃的詳細(xì)步驟：

1）利用諸如平均預(yù)測(cè)誤差等指標(biāo)評(píng)估負(fù)荷預(yù)測(cè)和新能源發(fā)電預(yù)測(cè)的可信度Pcre；

2）若Pcre≥Pcre，t，則制定未來(lái)T1時(shí)間的調(diào)度計(jì)劃；若Pcre＜Pcre，t，則Tmax時(shí)間制定未來(lái)調(diào)度計(jì)劃不可行，調(diào)度計(jì)劃制定進(jìn)入下一步；

3）通過(guò)T?max＝k×Tmax（k代表縮減系數(shù)，數(shù)值為0～1）縮短最大調(diào)度周期；

4）將周期T?max的調(diào)度計(jì)劃劃分為幾個(gè)不同時(shí)間尺度的調(diào)度計(jì)劃，并分別制定以上不同時(shí)間尺度的調(diào)度計(jì)劃.

上述步驟中，可信度指標(biāo)和縮減系數(shù)對(duì)于動(dòng)態(tài)的海島新能源供電系統(tǒng)調(diào)度是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼪Q定了最大調(diào)度周期.另外，合適的調(diào)度計(jì)劃劃分方法也是必要的.上述工作非常具有挑戰(zhàn)性，筆者的后續(xù)工作將著重研究此領(lǐng)域.

4.3 滾動(dòng)的調(diào)度計(jì)劃

基于相對(duì)準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)和較少的不確定性因素，大電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃包括幾種固定時(shí)間尺度的計(jì)劃.與大電網(wǎng)不同，海島新能源供電系統(tǒng)不確定性因素較大，制定調(diào)度計(jì)劃時(shí)預(yù)測(cè)的運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)之間可能存在較大差異，如果差異達(dá)到一定程度，調(diào)度計(jì)劃將失去指導(dǎo)價(jià)值.因此，必要的調(diào)度計(jì)劃滾動(dòng)是需要的，例如發(fā)電計(jì)劃的修正.

基于文獻(xiàn)［20］提出的智能電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃滾動(dòng)方法和文獻(xiàn)［21］提出的電力市場(chǎng)調(diào)度計(jì)劃滾動(dòng)方法，筆者充分考慮海島新能源供電系統(tǒng)的特點(diǎn)及其EMS的信息處理量，提出調(diào)度計(jì)劃滾動(dòng)方法：

1）根據(jù)一天不同時(shí)間段負(fù)荷、天氣的特點(diǎn)，例如有無(wú)光照、是否峰荷等，將一天劃分若干時(shí)段；

2）根據(jù)當(dāng)前時(shí)段和預(yù)測(cè)負(fù)荷來(lái)制定當(dāng)前調(diào)度計(jì)劃和新能源電源發(fā)電計(jì)劃；

3）對(duì)于剩下時(shí)段的調(diào)度計(jì)劃，不管調(diào)度周期多長(zhǎng)，如果其與現(xiàn)在的調(diào)度計(jì)劃處于同一時(shí)段，則估計(jì)它制定時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)與現(xiàn)在運(yùn)行狀態(tài)的差異；

4）如果差異足夠大，則根據(jù)估計(jì)結(jié)果更新上述調(diào)度計(jì)劃，否則保持不變.

5 結(jié)語(yǔ)

海島新能源供電系統(tǒng)是有效利用海島風(fēng)能、海流能等清潔能源發(fā)電，提高其供電可靠性和供電能力的重要途徑是未來(lái)海島電網(wǎng)重要的發(fā)展方向.

筆者從數(shù)據(jù)采樣周期、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)類型等方面對(duì)海島新能源供電系統(tǒng)SCADA進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了海島新能源供電系統(tǒng)SCADA/EMS的架構(gòu)體系及EMS系統(tǒng)的7個(gè)模塊，包括壞數(shù)據(jù)識(shí)別和修復(fù)模塊、狀態(tài)估計(jì)/模式識(shí)別模塊、負(fù)荷/新能源發(fā)電預(yù)測(cè)模塊、安全預(yù)警模塊、調(diào)度計(jì)劃模塊、災(zāi)害評(píng)估與處置模塊以及黑啟動(dòng)輔助決策模塊.最后，從目標(biāo)函數(shù)、調(diào)度周期具體分析了海島新能源供電系統(tǒng)EMS調(diào)度計(jì)劃，并提出了其滾動(dòng)方法.筆者的工作可以為未來(lái)海島新能源供電系統(tǒng)EMS的研究提供基礎(chǔ).

［1］Wu F F，Moslehi K，Bose A.Power system control centers：past，present，and future［J］.Proceedings of the IEEE，2005，93（11）：1 890－1 908.

［2］馬韜韜，郭創(chuàng)新，曹一家，等.電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（9）：7－11.MA Tao－tao，GUO Chuang－xin，CAO Yi－jia，et al.Current status and development trend of intelligent dispatching automation system of power system［J］.Automation of Electric Power Systems，2010，34（9）：7－11.

［3］Lasseter B.Microgrid［C］.IEEE Power Engineering Society Winter Meeting，Columbus，OH，USA，2001.

［4］Lasseter R，Akhil A，Marnay C，et al.White paper on integration of distributed energy resources：The CERTS microgrid concept［C］.Consortium for Electric Reliability Technology Solutions（CERTS），Tahoe City，CA，USA，2002.

［5］舒杰.基于分布式可再生能源發(fā)電的獨(dú)立微網(wǎng)技術(shù)研究［D］.廣州：中山大學(xué)，2010.

［6］Schwaegerl C，Tao L，Lopes J P，et al.Report on the technical，social，economic，and environmental benefits provided by Microgrids on power system operation［EB/OL］.http：//www.microgrids.eu/documents/668.pdf，2009－12－15.

［7］Kueck J D，Staunton R H，Labinov S D，et al.Microgrid energy management system ［EB/OL］.http：//www.consultkirby.com/files/TM2002－242＿M(jìn)icrogrid.pdf，2003－01－15.

［8］Tsikalakis A G，Hatziargyriou N D.Centralized control for optimizing microgrids operation［J］.IEEE Transations on Energy Conversion，2008，23（1）：241－248.

［9］Meiqin M，Ming D，Liuchen C，et al.The IEC 61970－based software frame and information integration of EMS for a multi－distributed－generation microgrid system［C］.IEEE International Conference Sustainable Energy Technologies，Singapore，2008.

［10］Ming D，Zhengkai Z，Xuefeng G.CIM extension of microgrid energy management system［C］.Asia－Pacific Power and Energy Engineering Conference，Wuhan，China，2009.

［11］Ding M，Xie T，Wang L.Research of real－time database system for microgrid［C］.The Second IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems Conference，F(xiàn)ayetteville，NC，USA，2010.

［12］Mohamed F A，Koivo H N.System modeling and online optimal management of MicroGrid using Mesh A－daptive Direct Search［J］.Electrical Power and Energy Systems，2010，32（5）：398－407.

［13］Pelling M，Uitto J I.Small island developing states：natural disaster vulnerability and global change［J］.Global Environmental Change Part B：Environmental Hazards，2001，3（2）：49－62.

［14］Amjady N，Keynia F，Zareipour H.Short－term load forecast of microgrids by a new bilevel prediction strategy［J］.IEEE Transations on Smart Grid，2010，1（3）：286－294.

［15］Katiraei F，Iravani M R.Power management strategies for a microgrid with multiple distributed generation units［J］.IEEE Transations on Power Systems，2006，21（4）：1 821－1 831.

［16］Giebel G，Sφrensen P，Holttinen H.Forecast error of aggregated wind power［EB/OL］.http：//www.tradewind.eu/fileadmin/documents/publications/D2.2＿Estimates＿of＿forecast＿error＿for＿aggNEGated＿wind＿power＿Final.pdf，2007－04－15.

［17］Feng Y，Wu W，Zhang B，et al.Power system operation risk assessment using credibility theory［J］.IEEE Transations on Power Systems，2008，23（3）：1 309－1 318.

［18］Moreira C L，Resende F O，Lopes J A P.Using low voltage microgrids for service restoration［J］.IEEE Transations on Power Systems，2007，22（1）：395－403.

［19］Lopes J A P，Moreira C L，Madureira A G.Defining control strategies for microgrids islanded operation［J］.IEEE Transations on Power Systems，2006，21（2）：916－924.

［20］張智剛，夏清.智能電網(wǎng)調(diào)度發(fā)電計(jì)劃體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，32（20）：1－8.ZHANG Zhi－gang，XIA Qing.Architecture and key technologies for generation scheduling of smart grid［J］.Power System Technology，2009，32（20）：1－8.

［21］尚金成，黃永皓，康重慶，等.多級(jí)電力市場(chǎng)之間協(xié)調(diào)的模型與方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（6）：19－24.SHANG Jin－chen，HUANG Yong－h(huán)ao，KANG Chongqing，et al.The coordination modes and methods of multistage electricity market［J］.Automation of Electric Power Systems，2004，28（6）：19－24.