省地協(xié)同主配一體化調度技術支持系統(tǒng)的研究

賈亞飛,劉海峰,楊立波,馬 斌,魏穎莉

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司雄安新區(qū)供電公司,河北 雄安新區(qū) 071000;2.國網(wǎng)河北省電力有限公司,河北 石家莊 050021)

0 引言

近年來,新能源技術迅速發(fā)展,地區(qū)電網(wǎng)中新能源占比逐年增高[13],電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行、新能源高效利用等方面面臨嚴峻挑戰(zhàn)[4-6]。由此帶來電力系統(tǒng)自身復雜度不斷增加以及傳統(tǒng)電力能源與新能源的深度耦合,以廣泛互聯(lián)、智能互動、靈活互動、安全可控為特征的新一代電力系統(tǒng)正在形成,對電網(wǎng)調度技術支撐能力提出了新的要求。

為了適應新一代電力系統(tǒng),滿足雄安新區(qū)高可靠性供電要求和綜合能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)實需要[7],在雄安新區(qū)開展新一代電網(wǎng)調度技術支持系統(tǒng)試點建設。從基礎數(shù)據(jù)支撐、系統(tǒng)平臺架構、應用功能設計、用戶友好體驗等方面進行全面、深入的考量,建立與新區(qū)電網(wǎng)發(fā)展和組織形態(tài)相適應的配套技術支持系統(tǒng),確保雄安新區(qū)調度自動化系統(tǒng)先進、可靠、開放、友好。

本文以新一代調度技術支持系統(tǒng)為基礎,研究主配一體化建設模式,構建具備雄安特色的地區(qū)電網(wǎng)調度系統(tǒng)架構,并探討該系統(tǒng)在雄安新區(qū)實施過程中的關鍵問題和特色應用,為系統(tǒng)最終落地運行提供理論基礎,強有力支撐雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)建設。

1 主配一體化系統(tǒng)建設模式

與傳統(tǒng)地區(qū)電網(wǎng)調度模式不同,雄安新區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃采用主配一體、分區(qū)分組調度模式,以保障電網(wǎng)安全運行,因此需要研究適用于雄安新區(qū)電網(wǎng)調度模式的調度自動化系統(tǒng)建設模式。

作為面向不同電壓等級的電網(wǎng)調度系統(tǒng),主網(wǎng)調度系統(tǒng)與配網(wǎng)調度系統(tǒng)在計算機硬件、網(wǎng)絡配置、軟件構成及架構等方面大都相同[8],主站軟件功能由平臺層和應用層構成。主配一體電網(wǎng)調度系統(tǒng)具有共享全電網(wǎng)信息、增強電網(wǎng)分析與決策精度、節(jié)約系統(tǒng)主站建設投資和降低運維成本等特點,尤其適合雄安新區(qū)調控機構的組織架構。

主配一體化系統(tǒng)架構和建設方案的選擇需綜合考慮多種因素,地區(qū)調控機構主配網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)通常有獨立調度主站+獨立配網(wǎng)主站、集中式主配一體化和主配應用分離一體化3種建設模式。3種主配一體化系統(tǒng)建設模式對比如表1所示。

表1 主配一體化系統(tǒng)建設模式對比

雄安新區(qū)為新建電網(wǎng),無已經(jīng)建設使用的主網(wǎng)和配網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)。除變電站外,雄安新區(qū)目標開關站、配電室均要接入調度自動化系統(tǒng),電網(wǎng)規(guī)模較大。為滿足雄安電網(wǎng)主配一體、分區(qū)分組的調控模式,結合表1,雄安調度技術支持系統(tǒng)擬采用主配應用分離一體化模式。

2 省地協(xié)同的主配一體化系統(tǒng)

目前各地區(qū)級調度系統(tǒng)均獨立部署,地區(qū)各自決策,上下級調度業(yè)務協(xié)同串行迭代,同級調度橫向聯(lián)系較弱,影響了協(xié)同決策的時效性。并且上下級調度尚未實現(xiàn)電網(wǎng)模型統(tǒng)一同源,影響了分析決策的準確性。為了加強省地協(xié)同決策的時效性和準確性,繼承河北D5000系統(tǒng)建設成果,遵循安全性、先進性、適用性、規(guī)范性、開放性、高可靠性等通用要求,開展基于新一代調度技術支持系統(tǒng)的“云端+就地”全新架構研究,提出了省地協(xié)同的主配一體化系統(tǒng)?！霸贫?就地”系統(tǒng)新架構如圖1所示。系統(tǒng)的監(jiān)視控制類功能在雄安就地建設,分析決策類功能在省公司云端統(tǒng)一建設,雄安地區(qū)與省公司云端各應用按需求調用所需信息。因為省地上下級協(xié)同,可實現(xiàn)電網(wǎng)全景感知,因此分析決策時效性更高,計算更為準確。

圖1 “云端+就地”系統(tǒng)新架構

不同于傳統(tǒng)調度自動化系統(tǒng),省地協(xié)同的主配一體化系統(tǒng)在基礎支撐、模型數(shù)據(jù)和業(yè)務功能方面有很大提升,詳細分析如下。

2.1 基礎支撐

系統(tǒng)綜合考慮云計算技術優(yōu)勢和電網(wǎng)調度運行需求,建立物理機和虛擬機混合架構及其運維保障體系,在安全可靠運行的前提下,實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡資源的虛擬化彈性調度和自動化運維,實現(xiàn)各類業(yè)務的服務化和集群化。

2.2 模型數(shù)據(jù)

系統(tǒng)基于物理電網(wǎng)建立統(tǒng)一的地區(qū)電網(wǎng)資源模型,并以之為骨干,實現(xiàn)各類信息的友好接入、智能互動、關聯(lián)融合、自然貫通,為電網(wǎng)運行、生產(chǎn)等業(yè)務提供統(tǒng)一、準確、規(guī)范的信息支撐服務。

2.3 業(yè)務功能

系統(tǒng)構建開放標準的多業(yè)務支撐環(huán)境,以模型數(shù)據(jù)平臺為支撐,面向業(yè)務應用,全面支撐電網(wǎng)生產(chǎn)運行業(yè)務。

3 系統(tǒng)架構設計

雄安新區(qū)省地協(xié)同主配一體化系統(tǒng)基于國家電力調度控制中心新開發(fā)的新一代調度技術支持系統(tǒng),在運行控制平臺和云計算平臺基礎上,采用分布式就地部署和云端部署相結合的方式,其中實時監(jiān)視、自動控制在雄安監(jiān)控系統(tǒng)中部署,分析校核、培訓仿真、運行評估及數(shù)據(jù)服務等依托省級云節(jié)點,實施云端部署。

3.1 系統(tǒng)軟件架構設計

省地協(xié)同主配一體化系統(tǒng)軟件架構包括支撐平臺和業(yè)務應用,結合雄安新區(qū)主動配電網(wǎng)、主配一體化等實際情況進行了選擇與增補,系統(tǒng)軟件總體架構如圖2所示。

圖2 新一代調度技術支持系統(tǒng)軟件總體架構

系統(tǒng)在總體架構上采用雙活管理建設模式,基于電力監(jiān)控業(yè)務中臺,構建實時監(jiān)控、自動控制等應用和主配協(xié)同、有源配電等場景,利用調度數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng),廣泛采集發(fā)電廠、變電站、開關站、配電房、氣象環(huán)境、用戶負荷等主配網(wǎng)數(shù)據(jù),并基于人機云終端,實現(xiàn)主配一體業(yè)務應用的統(tǒng)一瀏覽和查看。主配系統(tǒng)均部署實時監(jiān)視、自動控制等應用和主配協(xié)同、有源配電等場景。

3.2 系統(tǒng)硬件架構設計

系統(tǒng)采用雙活方式建設,跨生產(chǎn)控制大區(qū)和非生產(chǎn)控制大區(qū)部署,硬件包含主配網(wǎng)采集服務器、各類應用服務器、分布式存儲及網(wǎng)絡設備。

生產(chǎn)控制大區(qū)I區(qū)負責地區(qū)電網(wǎng)實時控制類數(shù)據(jù)采集、處理和控制等SCADA功能,以及AVC和新能源(分布式電源)協(xié)調控制功能。在生產(chǎn)控制大區(qū)設置安全接入?yún)^(qū),實現(xiàn)與外部系統(tǒng)通過公網(wǎng)信息的交換,以及采用公網(wǎng)、無線通信方式的配電終端的接入。

在生產(chǎn)控制大區(qū)Ⅱ區(qū)部署網(wǎng)絡安全管理、電能量計量、故障錄波、電力市場、停電計劃、發(fā)電計劃、安全校核、負荷預測和源網(wǎng)荷儲等功能服務器,實現(xiàn)相應功能。

4 雄安新區(qū)特色應用功能

系統(tǒng)應用面向整個雄安新區(qū)電網(wǎng),涵蓋主網(wǎng)、配網(wǎng)、新能源發(fā)電預測和負荷調度運行監(jiān)控業(yè)務,以主配一體、有源配電網(wǎng)2項核心進行設計,強化主配一體化、省地協(xié)同、源網(wǎng)荷儲協(xié)同優(yōu)化、可控負荷柔性調度等功能。以人工智能技術為驅動,以“事務助手、業(yè)務參謀、決策專家、智慧大腦”為目標,建立持續(xù)進化電網(wǎng)運行控制大腦,實現(xiàn)電網(wǎng)全局可觀、可測、可控,建成“三自兩靈活”主動配電網(wǎng)。以下就雄安特色功能進行分析。

4.1 電網(wǎng)一張圖調度

系統(tǒng)從“電網(wǎng)天然一張圖”特點出發(fā),以電網(wǎng)拓撲連接關系為紐帶,基于主配用全網(wǎng)模型,結合GIS展示、自動成圖等技術,實現(xiàn)220 k V到380 V電網(wǎng)設備“一張圖”全景監(jiān)視。最大限度的挖掘地區(qū)電網(wǎng)實時運行方式的數(shù)據(jù)價值,以調控中心為主要視角,提升跨部門、跨業(yè)務、跨系統(tǒng)的協(xié)同合作能力,實踐“數(shù)據(jù)一個源、電網(wǎng)一張圖、業(yè)務一條線”的目標,提高電力系統(tǒng)運行水平和電網(wǎng)資產(chǎn)運營效率。

4.2 可調負荷接入控制

針對雄安新區(qū)會有用戶配電室、充電站儲能、分布式光伏等大量可調負荷需求,系統(tǒng)結合各類負荷資源分布特點,通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)、4G公網(wǎng)/專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)安全區(qū)等接入方式,采用規(guī)范化數(shù)據(jù)格式、標準化采集接口,實現(xiàn)各類資源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集接入。負荷資源接入系統(tǒng)后,通過多區(qū)域狀態(tài)估計模型,采用分布式計算方法對地區(qū)電網(wǎng)運行方式進行求解,結合殘差搜索等異常數(shù)據(jù)辨識、數(shù)據(jù)校核方法,對數(shù)據(jù)進行清洗和質量稽查,避免不當數(shù)據(jù)對調度運行的干擾?？烧{節(jié)負荷調控原理如圖3所示。

圖3 可調節(jié)負荷調控原理

結合負荷資源的基礎屬性,從空間、時間、可調度屬性等維度,構建統(tǒng)一的可調節(jié)負荷資源池,對內(nèi)實現(xiàn)負荷資源的可觀、可控、可調、可測,對上作為地區(qū)級負荷聚合商提供負荷調節(jié)能力、調節(jié)策略生成。面向地區(qū)電網(wǎng)局部過載消除、新能源消納等業(yè)務需求,在常規(guī)資源調節(jié)手段不足時,利用負荷側資源的彈性調節(jié)能力,實現(xiàn)各類負荷資源省地協(xié)調,促進地區(qū)電網(wǎng)調節(jié)能力提升。

4.3 新能源負荷預測

隨著雄安新區(qū)分布式電源的并網(wǎng)建設推進,需要開展地區(qū)電網(wǎng)新能源負荷預測分析,保障新能源消納,確保電網(wǎng)經(jīng)濟、高效運行。

基于雄安系統(tǒng)模型完整、數(shù)據(jù)全面的特點,系統(tǒng)充分發(fā)揮雄安調控中心在負荷管理和特性識別方面的優(yōu)勢,綜合考慮市場激勵機制、分布式新能源等小電源、運行方式轉變、節(jié)假日以及天氣等因素與負荷變化的影響關系?；跈C器學習等人工智能技術,建立在線更新的智能預測模型,智能追蹤母線負荷的變化趨勢,通過還原真實用電的方式智能分析新能源機組(集中式新能源、分布式新能源)并網(wǎng)對母線負荷下網(wǎng)的影響,實現(xiàn)110 k V及以下母線負荷的精準預測,通過拓撲關系自動匯聚到220 k V上送省調,有效提升系統(tǒng)負荷預測的準確性,有力支撐計劃編制、市場出清和安全校核。

5 系統(tǒng)先進性分析

系統(tǒng)采用“云端+就地”相結合的體系架構,實現(xiàn)硬件共享、平臺統(tǒng)一、人機統(tǒng)一、模型統(tǒng)一、采集統(tǒng)一的高度主配一體化,可有效節(jié)約人力維護成本及系統(tǒng)建設成本,有效支撐主配網(wǎng)集約化、精細化、專業(yè)化管理。系統(tǒng)正式運行后將會對雄安新區(qū)電網(wǎng)運行和運維水平提升效果明顯,電網(wǎng)安全化水平、可靠化水平、智能化水平3項指標將平均提升8%～10%,尤其在安全化水平中,電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行控制能力將從64%提升至93%,在智能化水平的電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)自適應智能決策能力從71%提升至89%。綜上所述,雄安新區(qū)新一代調度技術支持系統(tǒng)對保障雄安電網(wǎng)安全、可靠運行提供強有力的保障,顯著提升調度智能化水平。

5.1 安全化水平

為保障電網(wǎng)持續(xù)安全穩(wěn)定運行,新一代調度技術支持系統(tǒng)對電網(wǎng)進行穩(wěn)態(tài)運行控制,基于態(tài)勢感知信息,實現(xiàn)電網(wǎng)N—1、N—2及其他嚴重故障的主動事故預想,提示安全邊界。采用電網(wǎng)控制知識圖譜,主動規(guī)避電網(wǎng)風險,根據(jù)電網(wǎng)運行多元約束條件,自動尋優(yōu)、自主調度?；陔娋W(wǎng)運行知識圖譜,全局優(yōu)化、智能排定停電計劃,減少重復停電。工作票業(yè)務流自動觸發(fā)、自動校核,安全措施自動嵌入,滿足標準自動派發(fā),發(fā)現(xiàn)風險提示介入,保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

5.2 可靠化水平

為保障電網(wǎng)可靠、持續(xù)電力供應能力,新一代調度技術支持系統(tǒng)以統(tǒng)一模型為信息基礎,以監(jiān)控系統(tǒng)為控制和輸出手段,綜合電網(wǎng)拓撲圖模、電網(wǎng)運行(實時、預測、歷史)和氣象地理環(huán)境數(shù)據(jù),以及水熱冷氣等外部能源數(shù)據(jù)和綜合能源管理信息,進行全局分析、風險全局防控、策略全局優(yōu)化,實現(xiàn)各類電網(wǎng)運行統(tǒng)籌優(yōu)化、協(xié)調控制、智能決策、協(xié)同自愈,保障高可靠供電。

5.3 智能化水平

新一代調度技術支持系統(tǒng)采用深度學習、知識圖譜、圖像識別、語音識別等人工智能技術,提高電網(wǎng)態(tài)勢感知能力和決策自適應能力,實現(xiàn)電網(wǎng)設備重過載、電壓越限等電網(wǎng)異常運行狀態(tài)的預判。對不同電網(wǎng)運行異常自動分析生成自適應控制決策的能力表征,為調度員提供決策支持。

6 結論

依據(jù)新一代調度技術支持系統(tǒng)建設方案,結合雄安新區(qū)實際,新一代調度技術支持系統(tǒng)采用“云端+就地”相結合的體系架構,實現(xiàn)平臺統(tǒng)一、人機統(tǒng)一、模型統(tǒng)一、采集統(tǒng)一的高度主配一體化,實現(xiàn)全場景數(shù)據(jù)建模、集中分析決策和電網(wǎng)自動巡航和源網(wǎng)荷儲協(xié)同優(yōu)化、可控負荷柔性調度,支撐雄安新區(qū)全電壓、扁平化電網(wǎng)調控業(yè)務開展,保障雄安新區(qū)電網(wǎng)安全可靠運行,可推動雄安新區(qū)數(shù)字化主動電網(wǎng)建設。