雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)研究與實(shí)踐綜述

孫廣輝,耿少博,姬艷鵬,孫章嶺

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司,河北 石家莊 050021;2.國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,河北 石家莊 050021)

0 引言

面對全球節(jié)能減排和能源可持續(xù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn),大力發(fā)展分布式可再生能源已成為必然選擇。大規(guī)模分布式電源接入電力系統(tǒng)中,在提高節(jié)能減排效果、改善環(huán)境的同時,由于其具有隨機(jī)性、間歇性和波動性等特點(diǎn),將對系統(tǒng)潮流分布、電壓水平、短路容量等原有電氣特性造成顯著影響。而傳統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行方式和規(guī)劃準(zhǔn)則相對簡單,未考慮分布式電源的影響,因此難以滿足低碳經(jīng)濟(jì)背景下高滲透率可再生能源發(fā)電接入與高效利用的要求。

在此背景下,2008年國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)首次提出了主動配電網(wǎng)(Active Distribution Network,ADN)的概念[1],并在2009年CIGRE C6.11工作組的工作報告中,將主動配電網(wǎng)定義為:可以綜合控制分布式能源(分布式電源、柔性負(fù)載和儲能)的配電網(wǎng),配電運(yùn)行人員能夠應(yīng)用靈活的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)調(diào)整潮流的分布,分布式能源在合理的監(jiān)管環(huán)境和接入準(zhǔn)則基礎(chǔ)上能夠向系統(tǒng)提供一定輔助服務(wù)支撐[2-3]。CIGRE對主動配電網(wǎng)的定義可簡化為:主動配電網(wǎng)是一個內(nèi)部含有分布式能源,具有主動控制能力和運(yùn)行能力的配電網(wǎng)。

隨著以863課題為代表的一批國內(nèi)外試點(diǎn)研究和示范應(yīng)用的深入開展,主動配電網(wǎng)內(nèi)涵特征不斷豐富,但尚未形成完整的體系架構(gòu),加之試點(diǎn)項(xiàng)目在選址范圍、電壓等級、示范場景、技術(shù)融合等方面仍存在方向單一的局限性,難以實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。2020年9月,國網(wǎng)河北省電力有限公司(簡稱“河北公司”)正式發(fā)布雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)的建設(shè)方案。雄安新區(qū)作為電網(wǎng)技術(shù)與信息技術(shù)高度融合、源網(wǎng)荷儲深度互動、以電為中心的多種能源協(xié)同利用的綜合示范區(qū),具備條件完善主動電網(wǎng)內(nèi)涵和架構(gòu),有能力構(gòu)建220 k V及以下全電壓覆蓋、全場景融合、全資源優(yōu)化的雄安特色數(shù)字化主動電網(wǎng),支撐雄安新區(qū)全數(shù)字綠色智慧城市建設(shè)。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

將主動控制的思想用于配電網(wǎng),可以形成主動配電網(wǎng)技術(shù)理念上的“六個主動”,分別是:電網(wǎng)側(cè)主動規(guī)劃、主動控制、主動管理與主動服務(wù),負(fù)荷側(cè)主動響應(yīng),以及發(fā)電側(cè)主動參與。

1.1 電網(wǎng)側(cè)主動規(guī)劃

主動規(guī)劃主要體現(xiàn)為:協(xié)調(diào)統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)一次電網(wǎng)架構(gòu)、二次自動化系統(tǒng)與智能決策支持系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)三位一體的協(xié)同規(guī)劃;由電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計單位主動對區(qū)域內(nèi)的分布式可再生能源發(fā)電能力進(jìn)行主動評估,確保分布式可再生能源可以安全、經(jīng)濟(jì)地并網(wǎng)。

文獻(xiàn)[4]基于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的信息模型,提出了用于主動配電網(wǎng)規(guī)劃的簡化信息模型。文獻(xiàn)[5]提出了一種以分布式能源消納最大、分布式能源接入容量最小為目標(biāo)函數(shù)的主動配電網(wǎng)規(guī)劃模型。文獻(xiàn)[6]考慮間歇性分布式能源規(guī)劃布局、輸出功率及負(fù)荷的不確定性,以單位用電量的綜合經(jīng)濟(jì)代價最小、間歇性可再生能源年有效發(fā)電量最大為目標(biāo)函數(shù),建立了主動配電網(wǎng)雙層場景規(guī)劃模型。文獻(xiàn)[7]綜合考慮分布式電源和充電樁協(xié)同規(guī)劃,以及負(fù)荷波動、分布式電源棄電等運(yùn)行成本,建立了多目標(biāo)主動配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行模型。文獻(xiàn)[8]建立了基于博弈論的主動配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃與光儲選址定容的雙層優(yōu)化模型。

1.2 電網(wǎng)側(cè)主動控制

主動控制主要體現(xiàn)為:通過源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)控制,將分布式電源作為可控可調(diào)度機(jī)組參與最優(yōu)潮流運(yùn)行調(diào)度,實(shí)現(xiàn)分布式電源與電網(wǎng)的一體化控制。

文獻(xiàn)[9]提出一種面向可再生能源跨區(qū)域消納的主動配電網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型,該模型綜合考慮了分布式電源有功、無功出力控制、儲能設(shè)備充放電以及可中斷負(fù)荷的調(diào)用等因素。文獻(xiàn)[10]提出一種基于電動汽車充放電功率和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)2種手段,以消納新能源為目標(biāo)的主動配電網(wǎng)兩階段協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度策略。文獻(xiàn)[11]基于多時段配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及電池儲能系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化,提出一種考慮分布式電源、電池儲能系統(tǒng)接入的主動配電網(wǎng)日前協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行模型。文獻(xiàn)[12]提出基于模型預(yù)測控制的主動配電網(wǎng)多時間尺度有功無功協(xié)調(diào)調(diào)度方法,基于模型預(yù)測控制實(shí)現(xiàn)主動配電網(wǎng)日前調(diào)度、日內(nèi)滾動調(diào)度以及實(shí)時反饋校正,同時通過有功無功協(xié)調(diào)優(yōu)化來降低網(wǎng)絡(luò)損耗,在保證主動配電網(wǎng)安全運(yùn)行的同時進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效益最大化。文獻(xiàn)[13]考慮儲能和柔性負(fù)荷的時空聯(lián)系與網(wǎng)絡(luò)潮流的影響,建立以可再生能源利用率最大、網(wǎng)絡(luò)損耗最小和用戶滿意度最高為目標(biāo)的主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型。

1.3 電網(wǎng)側(cè)主動管理

主動管理主要體現(xiàn)為:故障自愈管理,出現(xiàn)故障時可繼續(xù)給非故障區(qū)域重要負(fù)荷供電;繼電保護(hù)管理,具有繼電保護(hù)定值在線整定的能力;供電質(zhì)量管理,具有風(fēng)險預(yù)防管控技術(shù)及對突發(fā)狀況迅速反應(yīng)和自愈技術(shù),以保障供電質(zhì)量可靠。

文獻(xiàn)[14]提出一體站區(qū)間負(fù)荷緊急支撐策略及其孤島區(qū)間負(fù)荷供電范圍劃分策略,以系統(tǒng)孤島負(fù)荷、開關(guān)動作次數(shù)和網(wǎng)損分別作為不同層的優(yōu)化目標(biāo),建立主動配電網(wǎng)故障恢復(fù)多層優(yōu)化區(qū)間模型。文獻(xiàn)[15]對主動配電網(wǎng)進(jìn)行子區(qū)域劃分,根據(jù)各個子區(qū)域特點(diǎn)及失電負(fù)荷恢復(fù)率指標(biāo),將失電子區(qū)域分為不同的場景,得到不同時段不同場景恢復(fù)策略,并針對各個時段各個分區(qū)修復(fù)策略之間交叉問題,對各個子區(qū)域恢復(fù)策略進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)多故障搶修和恢復(fù)的協(xié)調(diào)優(yōu)化。文獻(xiàn)[16]針對分布式電源接入主動配電網(wǎng)后,傳統(tǒng)電流保護(hù)可能出現(xiàn)誤動或者拒動的情況,提出一種基于多區(qū)域相位突變量信息的主動配電網(wǎng)故障定位方案。

1.4 電網(wǎng)側(cè)主動服務(wù)

主動服務(wù)主要體現(xiàn)為:為用戶提供定制電力服務(wù),提供滿足用戶要求的高品質(zhì)電能服務(wù);改善能效提供技術(shù)平臺,綜合考慮分布式電源協(xié)調(diào)控制和利潤分配機(jī)制;利用主動電網(wǎng)中的可控資源,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶、電網(wǎng)與上級電網(wǎng)間的全面互惠互動。

文獻(xiàn)[17]以用戶滿意度和電網(wǎng)運(yùn)行成本為目標(biāo),綜合分布式能源、儲能裝置和需求側(cè)負(fù)荷中斷與平移等多種能源協(xié)調(diào)調(diào)度手段,構(gòu)建基于用戶滿意度的主動配電網(wǎng)多目標(biāo)動態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型,并提出最優(yōu)調(diào)度方案。文獻(xiàn)[18]綜合考慮降低網(wǎng)側(cè)功率波動、用戶生活舒適度及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等因素,建立引入分時電價機(jī)制的主動配電網(wǎng)柔性負(fù)荷調(diào)度模型,并基于粒子群算法獲得柔性負(fù)荷控制策略。文獻(xiàn)[19]引入多智能體系統(tǒng)和多層電價響應(yīng)機(jī)制構(gòu)建協(xié)調(diào)優(yōu)化框架,考慮可再生能源及主動負(fù)荷的不確定性因素,以及多智能體對風(fēng)險的追求差異,構(gòu)建配電網(wǎng)層、直接協(xié)調(diào)源荷層和間接協(xié)調(diào)微電網(wǎng)層的優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[20]考慮光伏可控性因素,建立以配電網(wǎng)企業(yè)運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)的有功-無功協(xié)調(diào)的主動配電網(wǎng)日前優(yōu)化調(diào)度模型,并提出效益最大化調(diào)度方案。

1.5 負(fù)荷側(cè)主動響應(yīng)

主動響應(yīng)主要體現(xiàn)為:需求側(cè)響應(yīng),即對可調(diào)負(fù)荷的功率或用電時間進(jìn)行調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)移峰填谷、改善電網(wǎng)的負(fù)荷特性和提高電網(wǎng)的資產(chǎn)利用率。

文獻(xiàn)[21]通過引入可控負(fù)荷,提出一種啟發(fā)式孤島動態(tài)調(diào)整算法,制定主動配電網(wǎng)多時段動態(tài)恢復(fù)供電策略,提高了電網(wǎng)重建效率和恢復(fù)期間負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[22]以停電時間最少、經(jīng)濟(jì)損失最小為目標(biāo),以用戶停電次數(shù)、負(fù)荷響應(yīng)時間等為約束條件,提出主動配電網(wǎng)在需求側(cè)資源參與下的多階段故障恢復(fù)方法。文獻(xiàn)[23]提出一種基于可控負(fù)荷的主動式電壓調(diào)節(jié)方法,根據(jù)用電需求和分布式能源出力特性,對系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)上的可控負(fù)荷制定優(yōu)化用電計劃,主動改善實(shí)時電壓,實(shí)現(xiàn)主動電壓調(diào)節(jié)。

1.6 發(fā)電側(cè)主動參與

主動參與主要體現(xiàn)為:一方面利用電力電子技術(shù)和儲能技術(shù),對可再生能源發(fā)電機(jī)組改造,實(shí)現(xiàn)有功功率調(diào)節(jié);另一方面利用電力電子技術(shù),使可再生能源具備無功電壓控制能力,有效改善電壓質(zhì)量。

文獻(xiàn)[24]建立以節(jié)點(diǎn)電壓總偏差最小為目標(biāo)函數(shù)的配電網(wǎng)有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,提出一種考慮儲能調(diào)節(jié)效應(yīng)的有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化方法,解決了高比例可再生能源接入后配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓越限問題。文獻(xiàn)[25]以社會綜合經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo),綜合考慮儲能系統(tǒng)投資和運(yùn)維成本、可控負(fù)荷響應(yīng)補(bǔ)償費(fèi)用、儲能系統(tǒng)低儲高放套利、節(jié)約電能損耗收益和削峰收益,提出一種含分布式電源的配電網(wǎng)中儲能系統(tǒng)和需求側(cè)可中斷負(fù)荷響應(yīng)相互配合的優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[26]提出一種考慮光伏出力和負(fù)荷不確定性的魯棒區(qū)間電壓控制方法,計算出最優(yōu)無功補(bǔ)償決策,同時給出光伏電站的允許有功出力區(qū)間。

2 數(shù)字化主動電網(wǎng)的核心內(nèi)涵與技術(shù)架構(gòu)

基于雄安新區(qū)電網(wǎng)發(fā)展形勢分析,立足全局,依托國家電網(wǎng)有限公司戰(zhàn)略,提出具有“一三六”(一個目標(biāo)、三大特征、六大引擎)結(jié)構(gòu)的雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)核心內(nèi)涵,形成貫穿能源互聯(lián)網(wǎng)三大體系的技術(shù)架構(gòu),打造具備“三臺八化”特征的指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)體系,力爭實(shí)現(xiàn)京津冀協(xié)同發(fā)展重要一極,為戰(zhàn)略目標(biāo)在河北落地生根貢獻(xiàn)“新動能”。

2.1 核心內(nèi)涵

雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)是主動配電網(wǎng)理念在綠色智慧城市能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的數(shù)字化升級,是全球領(lǐng)先數(shù)字城市發(fā)展的電網(wǎng)名片和能源互聯(lián)電網(wǎng)創(chuàng)新引領(lǐng)的雄安品牌,是具備“三融合三領(lǐng)先”特征的泛雄安新區(qū)220 k V及以下電壓等級城市電網(wǎng)。雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)能夠適應(yīng)電能的多樣化生產(chǎn)和消費(fèi),具有豐富靈活的控制手段,設(shè)備資源充分感知利用,業(yè)務(wù)業(yè)態(tài)高度集約管理,在電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)參與響應(yīng)的基礎(chǔ)上滿足源網(wǎng)荷儲多市場主體服務(wù)需求。

雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)核心內(nèi)涵包括一個目標(biāo)、三大特征和六大引擎,見圖1。

圖1 雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)核心內(nèi)涵

一個目標(biāo),即建設(shè)雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng),是打造中國特色國際領(lǐng)先能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略雄安新區(qū)示范區(qū)的核心表述,其中建設(shè)雄安新區(qū)是中國特色的具體實(shí)踐,體現(xiàn)了國家戰(zhàn)略、能源革命和國家電網(wǎng)有限公司戰(zhàn)略的統(tǒng)一;數(shù)字化是國際領(lǐng)先的特色路徑,體現(xiàn)了全數(shù)字城市與全數(shù)字電網(wǎng)相互支撐、全面引領(lǐng)的統(tǒng)一;主動電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心載體,體現(xiàn)了雄安引領(lǐng)與能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新理念的統(tǒng)一。

三大特征,即“三融合三領(lǐng)先”,能源網(wǎng)架方面,堅持綠色城市與堅強(qiáng)電網(wǎng)融合,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行能力領(lǐng)先;信息支撐方面,堅持業(yè)務(wù)業(yè)態(tài)與信息技術(shù)融合,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)效率領(lǐng)先;價值創(chuàng)造方面,堅持多元市場與機(jī)制創(chuàng)新融合,實(shí)現(xiàn)市場運(yùn)營水平領(lǐng)先。

六大引擎,即能源網(wǎng)架方面,通過主動規(guī)劃、主動控制驅(qū)動綠色城市與堅強(qiáng)電網(wǎng)數(shù)字化融合,提升電網(wǎng)運(yùn)行能力;信息支撐方面,通過主動感知、主動管理驅(qū)動業(yè)務(wù)業(yè)態(tài)與信息技術(shù)數(shù)字化融合,提升業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)效率;價值創(chuàng)造方面,通過主動服務(wù)、主動響應(yīng)驅(qū)動多元市場與機(jī)制創(chuàng)新數(shù)字化融合,提升市場運(yùn)營水平。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

基于雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)核心內(nèi)涵,深化“主動”理論和實(shí)踐創(chuàng)新,構(gòu)建能源網(wǎng)架、信息支撐和價值創(chuàng)造3個層次協(xié)調(diào)統(tǒng)一、相互支撐的技術(shù)架構(gòu)。能源網(wǎng)架層是物理基礎(chǔ),以電為中心實(shí)現(xiàn)電氣冷熱等能源流靈活轉(zhuǎn)換、互通互濟(jì)。信息支撐層是神經(jīng)中樞,以信息流互聯(lián)技術(shù)為手段提升能源網(wǎng)絡(luò)的資源配置、安全保障和智能互動能力。價值創(chuàng)造層是價值實(shí)現(xiàn)載體,以賦能傳統(tǒng)業(yè)務(wù)、催生新生業(yè)態(tài)、構(gòu)建行業(yè)生態(tài)為重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流價值的共創(chuàng)共享。

雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)堅持“業(yè)務(wù)數(shù)字化、數(shù)字價值化”主線,形成信息流貫穿的閉環(huán)結(jié)構(gòu),以能源流驅(qū)動信息流,信息流支撐業(yè)務(wù)流,業(yè)務(wù)流依托信息流反作用于能源流,實(shí)現(xiàn)能源流的實(shí)時優(yōu)化、信息流的閉環(huán)流轉(zhuǎn)、業(yè)務(wù)流的迭代升級,如圖2所示。

圖2 雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

逐級支撐上,能源網(wǎng)架層通過堅強(qiáng)物理架構(gòu)和先進(jìn)的控制技術(shù)承載能源流,產(chǎn)生海量數(shù)據(jù);信息支撐層依托先進(jìn)的感知和通信技術(shù),將海量數(shù)據(jù)匯集形成信息流,通過數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)行整合集散,支撐內(nèi)部業(yè)務(wù)和外部價值創(chuàng)造,驅(qū)動業(yè)務(wù)流;價值創(chuàng)造層遵循傳統(tǒng)和新興市場導(dǎo)向,依托業(yè)務(wù)流和信息流,實(shí)現(xiàn)數(shù)字的價值化。

反饋優(yōu)化上,價值創(chuàng)造層依托多元市場對象的互聯(lián)互動承載業(yè)務(wù)流,在業(yè)務(wù)的迭代優(yōu)化過程中產(chǎn)生海量社會屬性數(shù)據(jù)信息;信息支撐層匯集回流信息,面向運(yùn)營決策開展數(shù)據(jù)挖掘,以信息流的形式反饋至能源網(wǎng)架層;能源網(wǎng)架層依據(jù)信息流,形成能源管理策略,調(diào)整能源流,達(dá)到能源利用效率的總體優(yōu)化。

3 數(shù)字化主動電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 能源網(wǎng)架層

能源網(wǎng)架層以物理網(wǎng)架為基礎(chǔ),通過主動規(guī)劃,優(yōu)化電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),建成堅強(qiáng)可靠、靈活自愈的交直流城市電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò);通過主動控制,優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行方式,賦能電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)營,大規(guī)模配送區(qū)外清潔電力,全額消納本地可再生能源。

主動規(guī)劃是在電網(wǎng)的設(shè)計、建設(shè)過程中,統(tǒng)籌兼顧電力裝備和多能互動的一次電網(wǎng)架構(gòu)、深度協(xié)同的二次自動化系統(tǒng)與功能強(qiáng)大的智能決策支持系統(tǒng),在確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上,支撐分布式源網(wǎng)荷儲的經(jīng)濟(jì)、可靠并網(wǎng)。主動規(guī)劃采用的核心技術(shù)包括:一二次協(xié)同智能規(guī)劃、基于可靠性約束的精益化規(guī)劃、源荷互動規(guī)劃、多階段電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃等。

主動控制是在電網(wǎng)運(yùn)行控制過程中,實(shí)時監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行信息和設(shè)備負(fù)載情況,通過主動控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈦娏υO(shè)備和源荷側(cè)資源,保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。主動控制采用的核心技術(shù)包括:基于知識圖譜的電網(wǎng)控制自動尋優(yōu)、輸配互動的風(fēng)險調(diào)控與動態(tài)電壓控制、多源協(xié)同交互控制、分層分區(qū)協(xié)調(diào)控制、故障智能自愈等。

3.2 信息支撐層

信息支撐層包括主動感知和主動管理。通過主動感知,強(qiáng)化電網(wǎng)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),打造全域能源感知體系,為主動管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ);通過主動管理,構(gòu)建業(yè)務(wù)融合模板,以點(diǎn)帶網(wǎng)逐步建成數(shù)字孿生體系,支撐規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)控、運(yùn)檢、營銷多專業(yè)協(xié)同發(fā)展。

主動感知是采用先進(jìn)傳感技術(shù)和“大云物移智鏈”等現(xiàn)代信息通信技術(shù),開展電網(wǎng)、設(shè)備、源荷、天氣和水文等信息的實(shí)時全面采集、傳輸,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全景可觀可測,支撐電網(wǎng)主動規(guī)劃、主動控制、主動管理和主動服務(wù)。主動感知采用的核心技術(shù)包括:基于深度學(xué)習(xí)的圖像識別、微氣象實(shí)時監(jiān)測、低壓客戶負(fù)荷感知、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、5G通信、北斗定位導(dǎo)航等。

主動管理是在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、設(shè)備和源荷信息的實(shí)時、全息采集的基礎(chǔ)上,依托企業(yè)級數(shù)據(jù)中臺和業(yè)務(wù)中臺,實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)融合共享以及共性業(yè)務(wù)沉淀,通過深挖數(shù)據(jù)價值,以數(shù)據(jù)流驅(qū)動業(yè)務(wù)流,推動企業(yè)管理優(yōu)化升級。主動管理采用的核心技術(shù)包括:一體化數(shù)字建模、電網(wǎng)風(fēng)險診斷識別、運(yùn)行狀態(tài)自動優(yōu)化、多主體數(shù)據(jù)隱私保護(hù)等。

3.3 價值創(chuàng)造層

價值創(chuàng)造層以主動服務(wù)和主動響應(yīng)為支撐。通過主動服務(wù),著力提升營配服務(wù)、資源整合水平,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電力供應(yīng)的優(yōu)化升級和新型能源服務(wù)的創(chuàng)新賦能,為源荷側(cè)主動響應(yīng)提供接入服務(wù)和平臺保障;通過主動響應(yīng),有力支撐電力客戶、虛擬電廠、負(fù)荷聚合商、儲能等多元主體參與市場互動,大力推進(jìn)多站融合、低壓直流、車聯(lián)網(wǎng)、綜合能源、數(shù)據(jù)融合應(yīng)用等新興業(yè)態(tài)發(fā)展,支撐新興產(chǎn)業(yè)價值創(chuàng)造。

主動服務(wù)是指根據(jù)客戶需求提供定制的高品質(zhì)電能服務(wù),為客戶積極參與需求側(cè)響應(yīng)、改善能效提供技術(shù)支撐,為上級電網(wǎng)提供電能、在線備用等服務(wù),對外實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與客戶之間互動互惠,對內(nèi)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)與主網(wǎng)之間協(xié)同互濟(jì)。主動服務(wù)采用的核心技術(shù)包括:語音智能分析、客戶全息畫像、多站融合、電能質(zhì)量控制、能源大數(shù)據(jù)分析決策、用能行為評估等。

主動響應(yīng)是充分發(fā)揮市場對資源的優(yōu)化配置能力,應(yīng)用電力電子技術(shù)和預(yù)測控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)可再生能源、可控負(fù)荷在一定范圍內(nèi)主動參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)控制,解決分布式源荷隨機(jī)性、波動性造成的運(yùn)行問題,達(dá)到電網(wǎng)削峰填谷、改善負(fù)荷特性的目的,提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率。主動響應(yīng)采用的核心技術(shù)包括:分布式資源協(xié)同管理與控制、綜合能源管控、柔性負(fù)荷控制、需求側(cè)響應(yīng)、虛擬電廠控制技術(shù)等。

4 數(shù)字化主動電網(wǎng)的實(shí)施思路

4.1 實(shí)施思路

以實(shí)現(xiàn)“三融合三領(lǐng)先”特征為目標(biāo),結(jié)合核心技術(shù)架構(gòu),堅持“先行先試,分步實(shí)施”、“整合拓展、突出實(shí)效”、“異地探索、合力攻堅”思路,全力驅(qū)動雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)建設(shè)。

a.先行先試,分步實(shí)施。充分把握雄安電網(wǎng)從0到1規(guī)劃建設(shè)的前置特征和數(shù)字技術(shù)全面耦合的產(chǎn)業(yè)特征,夯實(shí)網(wǎng)架、平臺、服務(wù)等先行基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)全面突破引領(lǐng),豐富微電網(wǎng)、綜合能源等先試思路,分階段、分片區(qū)逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化主動電網(wǎng)核心特征的全覆蓋和全支撐,形成廣泛倍增效應(yīng),探索可復(fù)制、可推廣的典型經(jīng)驗(yàn)。

b.整合拓展,突出實(shí)效?；诤颖惫粳F(xiàn)有新基建、科技項(xiàng)目等創(chuàng)新資源和成果,把握三張電網(wǎng)長期并存的特點(diǎn),深入挖掘各單位、各部門必行必干課題,去除冗余,強(qiáng)化整合,梳理脈絡(luò),多渠道優(yōu)化創(chuàng)新建設(shè)投資,形成創(chuàng)新動力與合力,一體化謀劃河北公司雄安承接模式,突出全面落地、快出成果、早見成效,確保雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、可行性和可拓展性。

c.異地探索、合力攻堅。充分發(fā)揮“雄安引領(lǐng)”的指引作用,鼓勵各單位在本地開展適合于雄安的技術(shù)創(chuàng)新和工程實(shí)踐,成功后即結(jié)合雄安建設(shè)快速移植,先做技術(shù)加法,后做雄安實(shí)踐,重點(diǎn)圍繞“碳達(dá)峰、碳中和”能源發(fā)展目標(biāo),突出負(fù)荷側(cè)協(xié)同控制的準(zhǔn)確性和選擇性,探索以電為中心的市場輔助模式和商業(yè)增值模式。

4.2 預(yù)期目標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo),按照建設(shè)思路,結(jié)合雄安新區(qū)城市和電網(wǎng)發(fā)展,建設(shè)過程總體實(shí)施“三步走”。

a.堅持先行先試原則,選取部分新建變電站、輸電工程、示范臺區(qū)進(jìn)行試點(diǎn),篩選6個方面、18項(xiàng)重點(diǎn)課題開展創(chuàng)新示范建設(shè),2020年底已初步建成概念型主動電網(wǎng)。

b.基于2020年建設(shè)成果,不斷拓展示范項(xiàng)目范圍,開展“18+N”課題謀劃和建設(shè),隨著雄安新區(qū)電網(wǎng)調(diào)度大樓的啟用,2022年底基本建成示范性主動電網(wǎng)。

c.充分利用前期示范項(xiàng)目成功經(jīng)驗(yàn),踐行“雄安加速度”,到2030年底全面建成規(guī)?；鲃与娋W(wǎng),雄安電網(wǎng)資源配置能力、安全保障能力和智能互動能力達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

5 數(shù)字化主動電網(wǎng)的評價體系

為服務(wù)和指導(dǎo)雄安新區(qū)電網(wǎng)建設(shè),堅持可復(fù)制、可推廣、可借鑒為原則,提出“三臺八化”指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu),從創(chuàng)新性和先進(jìn)性2個維度描述主動電網(wǎng)“人無我有、人有我優(yōu)”的總體特征,形成創(chuàng)新性指標(biāo)28項(xiàng)、先進(jìn)性指標(biāo)14項(xiàng),其中,創(chuàng)新性指標(biāo)為數(shù)字化主動電網(wǎng)原創(chuàng)指標(biāo),集中于協(xié)同、市場等新業(yè)態(tài)和安全、智能等領(lǐng)域。依據(jù)指標(biāo)體系,從現(xiàn)行專業(yè)管理界面出發(fā),編制總則、評價指標(biāo)、規(guī)劃設(shè)計、新能源并網(wǎng)、智慧電纜線路、智慧變電站/多站融合變電站、智慧供電、負(fù)荷接入、通信支撐網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字孿生電網(wǎng)總體架構(gòu)、智能控制等11項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)數(shù)字化主動電網(wǎng)的具象化描述。

“三臺八化”即雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)以云平臺、物聯(lián)管理平臺、企業(yè)中臺為數(shù)字化支撐,具有安全化、可靠化、綠色化、低碳化、智能化、主動化、協(xié)同化、市場化8個特征,其中安全、可靠為根本要求,綠色、低碳為發(fā)展方向,智能、主動為技術(shù)特征,協(xié)同、市場為價值追求的創(chuàng)新思路,見圖3。

圖3 雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)指標(biāo)體系

6 數(shù)字化主動電網(wǎng)的展望

作為智能配電網(wǎng)發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物,數(shù)字化主動電網(wǎng)可極大提升可再生能源消納水平,提高供電可靠性和供電質(zhì)量,同時有力支撐我國低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。自從概念提出以來,廣大學(xué)者進(jìn)行了積極探索和研究。研究表明,數(shù)字化主動電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展可概括為“理論有基礎(chǔ)、實(shí)踐有必要、屬性有內(nèi)涵、戰(zhàn)略有特色、創(chuàng)新有空間”5項(xiàng)特征。

6.1 理論有基礎(chǔ)

數(shù)字化主動電網(wǎng)以主動控制理論為基礎(chǔ)。數(shù)字化主動電網(wǎng)是主動控制的方式,采用提前預(yù)測、預(yù)防控制的方式,能夠?qū)﹄娋W(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)全面感知,實(shí)時掌握電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢,做到消除隱患于未然,具備預(yù)見性和全局優(yōu)化性能。從傳統(tǒng)被動電網(wǎng)向主動電網(wǎng)過渡是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢,應(yīng)用主動控制理論適合于電網(wǎng)轉(zhuǎn)型。

6.2 實(shí)踐有必要

近年來,河北省南部電網(wǎng)分布式光伏迅速發(fā)展,大規(guī)模分布式光伏接入電網(wǎng),使配電網(wǎng)成為功率雙向流動的有源網(wǎng)絡(luò),電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,傳統(tǒng)的電網(wǎng)設(shè)計手段、保護(hù)控制和運(yùn)行管理方式迫切需要進(jìn)行根本性改變。如何在確保電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行的同時,提高電網(wǎng)對分布式可再生能源的消納能力,是電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級的重要內(nèi)容。數(shù)字化主動電網(wǎng)的應(yīng)用能夠改變新能源發(fā)電資源被動消納的現(xiàn)狀,促進(jìn)新能源從傳統(tǒng)的被消納到主動引導(dǎo)與主動利用,同時有效提升電網(wǎng)電能品質(zhì),對于支撐電網(wǎng)轉(zhuǎn)型具有重要的實(shí)際意義。

6.3 屬性有內(nèi)涵

數(shù)字化主動電網(wǎng)不僅具備技術(shù)屬性,同時具備社會屬性,不僅能夠?qū)﹄娋W(wǎng)本身進(jìn)行主動規(guī)劃、主動控制和主動管理,還能夠充分利用分布式能源靠近客戶的優(yōu)勢,為上級電網(wǎng)和客戶提供主動服務(wù),建立上級電網(wǎng)與配電網(wǎng)、配電網(wǎng)與客戶之間的良好互動關(guān)系,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與客戶之間的互惠互利。

6.4 戰(zhàn)略有特色

國家電網(wǎng)有限公司將建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)作為公司戰(zhàn)略目標(biāo),在技術(shù)上要求將現(xiàn)代信息技術(shù)在電力系統(tǒng)廣泛深度應(yīng)用,與先進(jìn)能源電力技術(shù)融合發(fā)展,推動系統(tǒng)運(yùn)行管理數(shù)字化、自動化、智能化;在形態(tài)上要求電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅強(qiáng)、分布寬廣,大電網(wǎng)、微電網(wǎng)、分布式能源系統(tǒng)、各種儲能廣泛互聯(lián)。主動電網(wǎng)將先進(jìn)信息技術(shù)與先進(jìn)能源電力技術(shù)深度融合應(yīng)用,結(jié)合主動控制的方法與理論指引,使公司戰(zhàn)略落地更加具象化。

6.5 創(chuàng)新有空間

主動配電網(wǎng)概念提出已有10余年時間,在這期間電網(wǎng)發(fā)展模式及新技術(shù)應(yīng)用都發(fā)生了巨大變革。一是,高滲透率的可再生能源發(fā)電接入已從配電網(wǎng)進(jìn)入電網(wǎng)各層次,其消納水平與高效利用問題將成為研究關(guān)鍵點(diǎn),因此主動電網(wǎng)的概念可在主網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用,以適應(yīng)電網(wǎng)和分布式可再生能源的發(fā)展。二是,隨著“大云物移智鏈”等現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)通信技術(shù)的不斷涌現(xiàn),將“大云物移智鏈”等新技術(shù)在主動電網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新融合應(yīng)用,對于提高電網(wǎng)智能化水平、增強(qiáng)電網(wǎng)感知能力、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要創(chuàng)新價值。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展以及分布式能源比率的不斷提高,數(shù)字化主動電網(wǎng)的落地應(yīng)用具有重要戰(zhàn)略意義、創(chuàng)新價值以及廣闊前景。