基于D5000的源網(wǎng)荷儲(chǔ)系統(tǒng)多元協(xié)調(diào)調(diào)度功能建設(shè)方案

劉 星，甄 慶，牛浩楠，孫 菲，王慎杰

國(guó)網(wǎng)天津市電力公司濱海供電分公司，天津 300450

0 引言

隨著新能源的大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電，進(jìn)一步增加了新能源功率、電價(jià)等的不確定性，使電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨更大的挑戰(zhàn)[1-3]。文章在天津?yàn)I海公司現(xiàn)有的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（D5000系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上，全面建成基于D5000的源網(wǎng)荷儲(chǔ)系統(tǒng)多元協(xié)調(diào)調(diào)度功能。通過(guò)提升分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等新型能源和用能設(shè)備采集和感知能力，開展全局優(yōu)化和協(xié)調(diào)控制，提升分布式電源柔性消納、發(fā)電與負(fù)荷精準(zhǔn)控制，促進(jìn)清潔能源消納，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

該系統(tǒng)從上到下分三個(gè)層級(jí)，即決策層、微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制層、設(shè)備層。每個(gè)層級(jí)面向不同的對(duì)象，支持多種設(shè)備靈活接入、即插即用。系統(tǒng)總體架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)安全可靠供電、能源互動(dòng)、柔性消納等目標(biāo)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

決策層：獲取微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制層各個(gè)控制對(duì)象設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域內(nèi)可再生能源出力及負(fù)荷需求開展預(yù)測(cè)；完成調(diào)峰調(diào)頻及備用容量協(xié)調(diào)控制與電力交易安全校核，對(duì)各個(gè)控制對(duì)象開展日前及日內(nèi)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度，向微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制層下達(dá)控制目標(biāo)。

微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制層：實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)部的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳決策層；實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)部協(xié)調(diào)控制與經(jīng)濟(jì)調(diào)度；分解決策層控制指令并下達(dá)至設(shè)備層。

設(shè)備層：采集風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷等設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制層；執(zhí)行微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制層給出的控制指令；支撐緊急情況下設(shè)備孤島運(yùn)行。

2 系統(tǒng)軟件功能

該系統(tǒng)軟件功能均部署于系統(tǒng)架構(gòu)中的決策層，基于D5000系統(tǒng)進(jìn)行功能拓展。

2.1 新能源模塊

（1）數(shù)據(jù)采集。接入示范區(qū)域新型供用能設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)，其中10 kV以地上電網(wǎng)、集中式新能源場(chǎng)站數(shù)據(jù)源于濱海D5000系統(tǒng)一區(qū)，10 kV配電網(wǎng)數(shù)據(jù)源于濱海地調(diào)配電自動(dòng)化系統(tǒng)一區(qū)（經(jīng)濱海D5000系統(tǒng)一區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)），分布式光伏發(fā)電、負(fù)荷電力數(shù)據(jù)及特性參數(shù)來(lái)源于用電信息采集系統(tǒng)，低壓臺(tái)區(qū)及部分電動(dòng)汽車充電樁數(shù)據(jù)來(lái)源于配電四區(qū)主站系統(tǒng)。

（2）模型擴(kuò)展。主要包括集中式儲(chǔ)能、分布式儲(chǔ)能、10 kV集中式電源、低壓分布式電源、虛擬電廠、柔性負(fù)荷等源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)一體化協(xié)同優(yōu)化模型?？烧{(diào)度負(fù)荷建模：根據(jù)濱海D5000系統(tǒng)接入可調(diào)度負(fù)荷的運(yùn)行特性及應(yīng)對(duì)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，在調(diào)控云平臺(tái)建立可調(diào)度負(fù)荷模型，包括直接控制負(fù)荷、快速需求響應(yīng)負(fù)荷及自主響應(yīng)負(fù)荷，建立各種類型參控負(fù)荷設(shè)備的模型屬性，滿足電網(wǎng)運(yùn)行控制的應(yīng)用需求。一體化協(xié)同優(yōu)化模型建模：研究示范區(qū)域接入的源、荷、儲(chǔ)多種資源的運(yùn)行規(guī)律及其與電網(wǎng)的互動(dòng)機(jī)制，基于濱海地調(diào)全網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)資源以及接入的源、荷、儲(chǔ)元件模型，生成多時(shí)間尺度的一體化協(xié)同優(yōu)化模型。

2.2 負(fù)荷預(yù)測(cè)功能升級(jí)

負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊主要服務(wù)于發(fā)電計(jì)劃功能。該項(xiàng)目將對(duì)濱海地調(diào)原有D5000系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊進(jìn)行改造，接入第三方精準(zhǔn)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，在接入方式上，第三方精準(zhǔn)負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊采用E文件格式數(shù)據(jù)提供負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)度計(jì)劃數(shù)據(jù)接口程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)文件的接入和入庫(kù)。

2.3 新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)

應(yīng)具備調(diào)度端結(jié)合數(shù)值天氣預(yù)報(bào)等外部數(shù)據(jù)，對(duì)濱海地區(qū)全部集中式及分布式新能源場(chǎng)站發(fā)電功率預(yù)測(cè)功能，生成濱海地區(qū)電網(wǎng)新能源功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)文件。新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)功能具備獲取和展示數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、網(wǎng)格化功率預(yù)測(cè)、站點(diǎn)功率預(yù)測(cè)、功率預(yù)測(cè)對(duì)比展示、預(yù)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析等功能。

2.4 發(fā)電計(jì)劃

發(fā)電計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程主要包括啟動(dòng)、數(shù)據(jù)獲取、初始計(jì)劃編制、安全約束計(jì)劃編制和計(jì)劃下發(fā)等5個(gè)環(huán)節(jié)，如圖2所示。

圖2 發(fā)電計(jì)劃業(yè)務(wù)流程圖

2.5 AGC

該項(xiàng)目將AGC升級(jí)為協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，其核心功能是針對(duì)全元素泛在控制策略中每個(gè)控制對(duì)象的策略，分別計(jì)算實(shí)時(shí)控制偏差，并按照相應(yīng)的分配原則將偏差分配到每個(gè)控制區(qū)的各個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤或配電網(wǎng)安全運(yùn)行控制目標(biāo)。AGC省地協(xié)調(diào)控制，是將參與AGC調(diào)節(jié)的地調(diào)調(diào)管設(shè)備數(shù)據(jù)在地調(diào)層面匯集并與天津市調(diào)AGC模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并根據(jù)需求優(yōu)化天津市調(diào)AGC程序控制策略，其交互示意圖如圖3所示。

圖3 AGC省地協(xié)調(diào)控制數(shù)據(jù)交互示意圖

3 系統(tǒng)硬件配置

為了滿足項(xiàng)目所需功能，升級(jí)改造濱海地調(diào)D5000調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，主站新增硬件部分僅為二區(qū)硬件設(shè)備，包括2臺(tái)發(fā)電計(jì)劃服務(wù)器，2臺(tái)二區(qū)縱向加密認(rèn)證裝置，安裝于濱海公司調(diào)控機(jī)房，機(jī)房現(xiàn)狀具備硬件安裝空間，UPS負(fù)載率也滿足要求。

4 源網(wǎng)荷儲(chǔ)多元協(xié)調(diào)模式下的優(yōu)化模型

基于優(yōu)化模型及魯棒協(xié)調(diào)控制算法，生成多元協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度策略及方案。在滿足網(wǎng)絡(luò)安全要求基礎(chǔ)上，按照電網(wǎng)運(yùn)行需求完成多時(shí)間尺度精準(zhǔn)響應(yīng)，遠(yuǎn)期參與區(qū)域電網(wǎng)或本省調(diào)峰及調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)與“地市級(jí)—省級(jí)—區(qū)域級(jí)”電網(wǎng)多級(jí)協(xié)同控制。濱海源網(wǎng)荷儲(chǔ)日前計(jì)劃優(yōu)化目標(biāo)為購(gòu)電費(fèi)用最低，計(jì)算公式如下：

式中：T為系統(tǒng)調(diào)度期間的時(shí)段數(shù)；I為系統(tǒng)機(jī)組數(shù)；p(i,t)為機(jī)組i在t時(shí)的有功功率；ρi[p(i,t)]為機(jī)組i在t時(shí)的購(gòu)電價(jià)格。

系統(tǒng)購(gòu)電成本最低目標(biāo)要求在滿足系統(tǒng)和機(jī)組約束的前提下，以系統(tǒng)購(gòu)電成本最低為目標(biāo)，優(yōu)化日發(fā)電計(jì)劃。各計(jì)劃單元成本或報(bào)價(jià)曲線采用凸的分段線性模型。

負(fù)荷平衡約束計(jì)算公式如下：

式中：pd(t)為t時(shí)的系統(tǒng)發(fā)電口徑凈負(fù)荷，該負(fù)荷根據(jù)實(shí)際情況，事先做扣減外部輸入功率、網(wǎng)損修正、廠用電修正，將原始負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、換算為調(diào)管區(qū)域的發(fā)電負(fù)荷預(yù)測(cè)。

旋轉(zhuǎn)備用約束計(jì)算公式如下：

調(diào)節(jié)AGC備用約束計(jì)算公式如下：

5 結(jié)束語(yǔ)

文章提出了基于D5000的源網(wǎng)荷儲(chǔ)系統(tǒng)多元協(xié)調(diào)調(diào)度功能建設(shè)方案，并詳細(xì)地介紹了該系統(tǒng)的體系架構(gòu)、軟件功能、硬件配置以及源網(wǎng)荷儲(chǔ)多元協(xié)調(diào)模式下的優(yōu)化模型，通過(guò)全時(shí)間尺度下的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)各類電源、負(fù)荷與電網(wǎng)的智能互動(dòng)，整體提升電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力、資源優(yōu)化配置能力以及清潔能源消納能力，為其他需進(jìn)行源網(wǎng)荷儲(chǔ)建設(shè)的地區(qū)提供了參考。