分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)研究與實(shí)踐

陳國(guó)恩　張　磊　王躍強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興　314033）

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分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)研究與實(shí)踐

陳國(guó)恩張磊王躍強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興314033）

在國(guó)家電網(wǎng)公司大力推進(jìn)分布式電源并網(wǎng)工作的背景下，嘉興供電公司構(gòu)建了浙江省首套新能源區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)，旨在為電力公司、政府部門、投資運(yùn)營(yíng)商及用電企業(yè)等不同用戶群體提供差異化服務(wù)，在提高用戶滿意度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)分布式電源的統(tǒng)一調(diào)控和運(yùn)營(yíng)。嘉興供電公司所構(gòu)建的分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)是全國(guó)第一個(gè)新能源區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)，對(duì)于其他地區(qū)開(kāi)展分布式電源的統(tǒng)一調(diào)控和運(yùn)營(yíng)具有極好的示范和借鑒作用，因此國(guó)家能源局、浙江省政府、浙江省電力公司的領(lǐng)導(dǎo)多次蒞臨指導(dǎo)，同時(shí)吸引了20多家省內(nèi)外單位前來(lái)調(diào)研學(xué)習(xí)。

新能源；分布式電源；光伏；調(diào)控系統(tǒng)

近年來(lái)，美國(guó)、歐盟針對(duì)中國(guó)光伏企業(yè)開(kāi)展“雙反”調(diào)查和制裁，影響了我國(guó)光伏新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并且給我國(guó)光伏企業(yè)的利益造成了極大的損失。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，中國(guó)國(guó)家能源局在2012年9月發(fā)布了《關(guān)于申報(bào)分布式光伏發(fā)電規(guī)模化應(yīng)用示范區(qū)的通知》，同年國(guó)家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞發(fā)表了備受業(yè)界稱道的“六字箴言”：支持、歡迎、服務(wù)。

作為清潔、高效、永不衰竭的綠色能源技術(shù)，光伏產(chǎn)業(yè)在浙江地區(qū)蓬勃發(fā)展。而嘉興市以其完整的光伏產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，被列為浙江省光伏產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)試點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新試點(diǎn)、應(yīng)用商業(yè)模式創(chuàng)新試點(diǎn)、適應(yīng)分布式能源接入的區(qū)域智能電網(wǎng)（局域網(wǎng)）創(chuàng)新試點(diǎn)、政策體系創(chuàng)新試點(diǎn)產(chǎn)業(yè)“五位一體”創(chuàng)新綜合試點(diǎn)。嘉興市在積極發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)時(shí)面臨的一大問(wèn)題，就是要不斷解決分布式電源發(fā)展應(yīng)用的并網(wǎng)流程、信息接入、并網(wǎng)服務(wù)管理等一系列關(guān)鍵難題，而分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)無(wú)疑是解決這一難題的有效方式。

1　系統(tǒng)構(gòu)建的理念和目標(biāo)

1.1系統(tǒng)構(gòu)建的理念

面對(duì)大量涌現(xiàn)的分布式電源，國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司既要貫徹國(guó)網(wǎng)公司“支持、歡迎、服務(wù)”的要求，又要確保分布式電源均衡且有序地接入電網(wǎng)，主要思路是堅(jiān)持“政府引領(lǐng)、市場(chǎng)運(yùn)作、統(tǒng)一管理”的創(chuàng)新模式，不斷解決分布式電源發(fā)展應(yīng)用的并網(wǎng)流程、信息接入、并網(wǎng)服務(wù)管理等一系列關(guān)鍵難題，為電力企業(yè)、政府部門、投資運(yùn)營(yíng)商及用電企業(yè)提供不同的服務(wù)，使各用戶全面掌握分布式電源發(fā)電、并網(wǎng)及結(jié)算等相關(guān)信息，從而為分布式電源運(yùn)營(yíng)監(jiān)管和新能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供技術(shù)支撐。在嘉興市政府的支持下，國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司的“分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)”作為浙江省政府“智慧城市-智能電網(wǎng)”試點(diǎn)建設(shè)中的一個(gè)重要內(nèi)容，在嘉興全面推進(jìn)建設(shè)。

1.2目標(biāo)

嘉興分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)定位于浙江省乃至全國(guó)第一個(gè)新能源區(qū)域調(diào)控系統(tǒng)，涵蓋嘉興區(qū)域內(nèi)所有20kV、10kV、380V并網(wǎng)點(diǎn)分布式電源，實(shí)現(xiàn)信息全接入。系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、綜合評(píng)價(jià)、協(xié)調(diào)控制、出力調(diào)節(jié)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、發(fā)電預(yù)測(cè)等多種功能，能夠?yàn)殡娏?、政府部門、投資運(yùn)營(yíng)商及用電企業(yè)等不同用戶群體提供差異化服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)分布式電源的統(tǒng)一調(diào)控和運(yùn)營(yíng)。

2　系統(tǒng)的架構(gòu)和人力資源保障

2.1系統(tǒng)的架構(gòu)

立足于分布式電源的發(fā)展和電網(wǎng)企業(yè)的實(shí)際情況，嘉興供電公司對(duì)分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行了規(guī)劃，尤其對(duì)系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用功能進(jìn)行了深化。具體說(shuō)來(lái)：

1）統(tǒng)一管理，分層采集：系統(tǒng)按照“統(tǒng)一管理，分層采集”的原則布局，整個(gè)嘉興地區(qū)部署一套分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)分布式電源的統(tǒng)一調(diào)控和運(yùn)營(yíng)；各縣級(jí)公司分別建設(shè)一套小型分布式電源調(diào)控系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)各自所轄分布式電源的信息采集、調(diào)控和數(shù)據(jù)上送。

系統(tǒng)嚴(yán)格按照電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)的要求部署，在邊界區(qū)域采用了電力專用橫向單向隔離、縱向加密認(rèn)證、防火墻等多種安全防護(hù)設(shè)備。嘉興分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)的拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2）多方式接入，運(yùn)營(yíng)商可選：傳統(tǒng)模式下，上網(wǎng)電源須用光纖通信以確保調(diào)度準(zhǔn)確性。嘉興公司針對(duì)分布式電源點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，創(chuàng)造性地引入了投資成本低、建設(shè)周期短的無(wú)線通道，研究并實(shí)踐了分布式電源并網(wǎng)接入新模式，即 10kV及以上電源采用通信光纜或?qū)＞€等有線方式接入；380V電源可通過(guò)不同運(yùn)營(yíng)商（移動(dòng)、聯(lián)通、電信）提供的無(wú)線方式接入，也可采用通信光纜。

在并網(wǎng)裝置上，兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性，融合保護(hù)、測(cè)控、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、規(guī)約轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)動(dòng)功能、信息加密等功能，信息上送支持不同種類的有線方式和不同運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線方式。

3）多層次分布式電源綜合評(píng)價(jià)：系統(tǒng)以實(shí)際采集的分布式電源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開(kāi)展統(tǒng)計(jì)分析，從電源項(xiàng)目評(píng)價(jià)、區(qū)域電源評(píng)價(jià)這兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域分布式電源的整體評(píng)價(jià)，為相關(guān)人員提供決策依據(jù)。

4）多方位分布式電源運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視：系統(tǒng)以地理圖、電氣主接線圖、系統(tǒng)圖、發(fā)電廠圖、列表等多種方式，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)、安全事件監(jiān)測(cè)等功能。

5）間接預(yù)測(cè)分布式電源發(fā)電功率：系統(tǒng)采用間接預(yù)測(cè)方式，根據(jù)裝機(jī)容量、位置分布、氣象（溫度、風(fēng)速、光照強(qiáng)度）、發(fā)電量等歷史數(shù)據(jù)，分析發(fā)電功率與各種相關(guān)因素之間的關(guān)系，研究發(fā)電功率變化規(guī)律，通過(guò)多維信息人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)超短期和短期發(fā)電功率的科學(xué)預(yù)測(cè)。

6）多點(diǎn)外推預(yù)測(cè)分布式電源負(fù)荷：系統(tǒng)以負(fù)荷、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、氣象、行業(yè)特征、消費(fèi)習(xí)慣等歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析影響因子（尤其是氣象因素、日天氣類型與負(fù)荷）的關(guān)系，采用基于經(jīng)驗(yàn)日局部校正的多點(diǎn)外推算法，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)與修正、多種預(yù)測(cè)方法組合、預(yù)測(cè)結(jié)果修正、數(shù)據(jù)查詢與瀏覽等多項(xiàng)功能，較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了分布式電源的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)和超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

7）多樣化的協(xié)調(diào)控制：大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)后，以系統(tǒng)獲取的分布式發(fā)電單元數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立含多約束、多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化的綜合優(yōu)化模型，在滿足配電網(wǎng)潮流約束、節(jié)點(diǎn)電壓約束、關(guān)口交換功率約束、分布式電源有功出力約束等多重約束的條件下，尋求區(qū)域最佳的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略和技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)分布式電源有功出力最大化，提高分布式電源發(fā)電的利用率。

8）自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功出力：系統(tǒng)與傳統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)手段相結(jié)合，建立分布式電源的無(wú)功優(yōu)化控制數(shù)學(xué)模型，在線分析區(qū)域分布式發(fā)電單元的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算分布式電源出力及傳統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的靈敏度，優(yōu)先選擇靈敏度最大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)可輔助調(diào)節(jié)有功功率，快速有效地對(duì)電壓進(jìn)行控制。系統(tǒng)通過(guò)就地及遠(yuǎn)方模式對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)電壓、逆變器無(wú)功功率輸出；通過(guò)開(kāi)環(huán)及閉環(huán)模式對(duì)有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，優(yōu)化分布式電源發(fā)電出力。

2.2系統(tǒng)的人力資源保障

在嘉興市人民政府的大力支持下，國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司加大人了財(cái)力和物力的投入力度，公司領(lǐng)導(dǎo)親自掛帥，協(xié)同調(diào)控中心、運(yùn)檢部、營(yíng)銷部、信通公司、各縣級(jí)單位以及政府氣象局、通信服務(wù)公司（移動(dòng)、聯(lián)通、電信）、相關(guān)廠家、分布式電源用戶，著力開(kāi)展嘉興區(qū)域分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)的建設(shè)和深化應(yīng)用拓展，全面服務(wù)于分布式電源的接入和精益化管理。圖2為系統(tǒng)建設(shè)的組織機(jī)構(gòu)圖。

圖2　系統(tǒng)建設(shè)組織機(jī)構(gòu)圖

3　系統(tǒng)的效益

1）實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)分布式電源的統(tǒng)一調(diào)控和運(yùn)營(yíng)：系統(tǒng)成為浙江省首套區(qū)域新能源調(diào)控系統(tǒng)，標(biāo)志著浙江省新能源技術(shù)支持服務(wù)能力實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。系統(tǒng)以分布式電源的直送數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)，建立了數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)分析模型來(lái)服務(wù)于電力公司，為規(guī)劃、調(diào)度、檢修、設(shè)計(jì)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支撐；服務(wù)于政府部門，為宏觀上把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程及相關(guān)政策的精益化制訂提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考；服務(wù)于分布式電源業(yè)主的投資管理，為全方位獲取分布式電源發(fā)電、并網(wǎng)及結(jié)算、綜合評(píng)價(jià)等相關(guān)信息提供有效的查詢平臺(tái)。

圖3　系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了嘉興地區(qū)分布式電源信息全接入，包含并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電壓、電流和分布式電源輸送有功、無(wú)功、發(fā)電量等相關(guān)信息，并網(wǎng)電源信息采集覆蓋率達(dá)到100%。截至2015年3月，嘉興分布式光伏并網(wǎng)容量已達(dá)379MW，為嘉興電網(wǎng)注入了綠色、清潔的血液。

2）信息多樣化接入，大幅降低產(chǎn)業(yè)投資成本：嘉興供電公司從客戶的切身利益出發(fā)，切實(shí)解決客戶最為關(guān)心的并網(wǎng)成本問(wèn)題。引入有線、無(wú)線混合通信的方式，特別是采用不同運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線通信服務(wù)，增加了信息接入的多樣性，節(jié)省通信成本；通過(guò)分布式電源并網(wǎng)接口一體化裝置，取代了傳統(tǒng)變電站眾多采集設(shè)備，節(jié)省采集成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅將光纖通信改為無(wú)線通信一項(xiàng)，就使客戶的通信成本下降了九成；采用分布式電源并網(wǎng)接口一體化裝置，為用戶節(jié)約采集成本50%以上。隨著分布式電源接入數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益將更加顯著。

3）源端維護(hù)，信息共享：①系統(tǒng)在滿足電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)政府氣象局氣象系統(tǒng)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，滿足了系統(tǒng)對(duì)氣象數(shù)據(jù)的要求；②與運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)等各類管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，滿足各類管理系統(tǒng)對(duì)電源數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求；③通過(guò)隔離裝置實(shí)現(xiàn)與調(diào)度自動(dòng)化、配網(wǎng)自動(dòng)化等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)分布式電源的信息共享。在信息發(fā)布上，系統(tǒng)首次向政府部門和社會(huì)企業(yè)提供信息展示、信息定制、綜合評(píng)價(jià)服務(wù)等功能，使其各項(xiàng)資源得到最大程度的利用。圖4為系統(tǒng)信息交互的示意圖。

圖4　電源信息交互示意圖

4）高級(jí)應(yīng)用發(fā)揮重要作用：①系統(tǒng)通過(guò)綜合評(píng)價(jià)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的整體評(píng)價(jià)，對(duì)分布式電源的選址、規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的宏觀指導(dǎo)等均有積極的意義；②通過(guò)全網(wǎng)分布式電源運(yùn)行狀態(tài)的全方位監(jiān)視，為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；③通過(guò)準(zhǔn)確的發(fā)電預(yù)測(cè)，對(duì)于電源建設(shè)規(guī)劃的合理制定、電網(wǎng)運(yùn)行方式和檢修計(jì)劃的合理安排、確保區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到積極的作用，有效降低發(fā)電成本，保持電力系統(tǒng)功率平衡，提高區(qū)域電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；④通過(guò)負(fù)荷預(yù)測(cè)，有效減少系統(tǒng)備用容量，降低用電用能費(fèi)用，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；⑤通過(guò)協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行方式下的分布式電源全局優(yōu)化運(yùn)行，提高電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性；⑥出力調(diào)節(jié)，進(jìn)一步確保電能質(zhì)量滿足要求，降低電網(wǎng)損耗。

4　結(jié)論

在系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，嘉興公司積極謀劃，形成了在分布式電源調(diào)控系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維方面獨(dú)具特色的管理經(jīng)驗(yàn)，真正做到了支持分布式電源發(fā)展、、歡迎分布式電源并網(wǎng)、服務(wù)分布式電源用戶。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在嘉興地區(qū)全面推廣應(yīng)用，取得了顯著效果。國(guó)家能源局、省政府領(lǐng)導(dǎo)、省公司領(lǐng)導(dǎo)多次蒞臨指導(dǎo)，同時(shí)吸引了南方電網(wǎng)公司、黑龍江省電力公司、河北省電力公司等20多家省內(nèi)外單位調(diào)研學(xué)習(xí)。在2014年國(guó)家能源局組織召開(kāi)的全國(guó)分布式光伏發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)上，嘉興區(qū)域分布式電源智能調(diào)控系統(tǒng)作了專題介紹，得到與會(huì)專家的充分肯定。

該系統(tǒng)的成功建設(shè)，在全國(guó)范圍內(nèi)具有強(qiáng)烈的示范意義，有效推動(dòng)了全國(guó)分布式光伏并網(wǎng)服務(wù)管理提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

Research and Practice of Intelligent Control System for Distributed Power Supply

Chen GuoenZhang LeiWang Yueqiang
（Jiaxing Power Supply Company，Jiaxing，Zhejiang314033）

Under the State Grid Corporation of China to vigorously promote distributed power grid work background，Jiaxing Power Company constructed in Zhejiang Province's first new energy region regulation system to for power companies，government departments，investment operators and electric enterprises of different user groups provide service differentiation，in improving the user satisfaction at the same time，to achieve unified control and operation of distributed generation. Jiaxing power supply company to build a distributed power intelligent control system is the first new energy regional regulation system，for other regions to carry out the unified control and operation of distributed power has a good demonstration and reference，so the National Energy Bureau，Zhejiang provincial government，Zhejiang Electric Power Corporation's leadership to guide，and attracted more than 20 provinces and units to study.

new energy； distributed power； photovoltaic； control system

陳國(guó)恩（1978-），男，浙江諸暨人，工程師，國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司調(diào)控中心自動(dòng)化室主任，長(zhǎng)期從事電力調(diào)度自動(dòng)化工作。