黃天意，李晨昕，劉玥伶，劉登偉，李健華，劉治凡，胡 悅

(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司, 四川 成都 610021)

0 引 言

由“源隨荷動(dòng)”的調(diào)度模式，向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制模式轉(zhuǎn)變，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。隨著高比例分布式電源、柔性負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入，傳統(tǒng)無源配電網(wǎng)逐漸過渡到有源配電網(wǎng)，其功率優(yōu)化特性發(fā)生了變化。主網(wǎng)的功率優(yōu)化計(jì)算需要計(jì)及配電網(wǎng)的有功、無功功率支撐，配電網(wǎng)的功率優(yōu)化也需要主網(wǎng)提供支持，因此傳統(tǒng)的主配網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立的調(diào)度控制模式不再適用。為充分體現(xiàn)主配網(wǎng)的相互作用，亟需開展主配一體調(diào)度控制系統(tǒng)，支撐主配網(wǎng)廣域范圍內(nèi)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)新能源的大規(guī)模消納，助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)主配一體調(diào)度控制系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行了大量的研究，文獻(xiàn)[1]對(duì)傳統(tǒng)地區(qū)調(diào)度控制系統(tǒng)的架構(gòu)及功能進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[2-4]對(duì)分布式電源接入的源網(wǎng)荷儲(chǔ)優(yōu)化控制方法及調(diào)度體系進(jìn)行概述。文獻(xiàn)[5]對(duì)集中式、分布式和離散式等不同的主配一體調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并說明不同模式的優(yōu)劣勢(shì)。文獻(xiàn)[6]研究了一種平臺(tái)和模型統(tǒng)一的主配一體調(diào)控系統(tǒng)，其應(yīng)用功能采用分布式和一體式結(jié)合的方式，但未對(duì)應(yīng)用功能的適用場(chǎng)景進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[7]研究了統(tǒng)一支撐平臺(tái)的強(qiáng)耦合主配一體調(diào)度控制系統(tǒng)，對(duì)于功能在云端與就地部署的模式未進(jìn)行詳細(xì)分析。文獻(xiàn)[8]提到了云端部署的主配協(xié)同調(diào)度控制系統(tǒng)，但缺乏對(duì)于源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)及場(chǎng)景的研究。

下面提出了考慮源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)的主配一體調(diào)度控制系統(tǒng)建設(shè)方案。首先，介紹了兩種常見的主配一體調(diào)度控制系統(tǒng)建設(shè)模式，并說明其對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)接入的適用性；在此基礎(chǔ)上，提出一種云端與就地部署結(jié)合的主配一體調(diào)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，說明調(diào)度生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)應(yīng)用的部署形態(tài)(云端或就地)；最后提出主配一體化系統(tǒng)的實(shí)施路徑，分析主配一體系統(tǒng)在源網(wǎng)荷儲(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景下的技術(shù)支撐作用。

1 主配一體運(yùn)行模式

1.1 松耦合模式

松耦合模式是主配一體系統(tǒng)最常見的運(yùn)行模式，主網(wǎng)和配電網(wǎng)采用相互獨(dú)立的兩套調(diào)度控制系統(tǒng)，服務(wù)器、存儲(chǔ)等資源獨(dú)立配置，基于各自的支撐平臺(tái)完成主網(wǎng)和配電網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)視和狀態(tài)管控。配電網(wǎng)系統(tǒng)采用CIM/E/CIM/G數(shù)據(jù)格式向主網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)圖模信息，再由主網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主配一體的全網(wǎng)模型拼接。主網(wǎng)系統(tǒng)通過前置服務(wù)器采集主網(wǎng)變電站、發(fā)電廠的量測(cè)及狀態(tài)信息，配電網(wǎng)中壓側(cè)饋線及站房數(shù)據(jù)由配電網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)，配電網(wǎng)低壓側(cè)配電變壓器及點(diǎn)表數(shù)據(jù)由用電采集主站轉(zhuǎn)發(fā)。主網(wǎng)系統(tǒng)向配電網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)主網(wǎng)的端口阻抗、潮流等計(jì)算結(jié)果，對(duì)配電網(wǎng)解合環(huán)計(jì)算等分析應(yīng)用提供支撐?；谥骶W(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)出口電壓、用戶負(fù)荷功率等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算配電網(wǎng)開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜母線節(jié)點(diǎn)電壓以及配電分支線路電流、功率分布，從而實(shí)現(xiàn)主配一體調(diào)控。

這種模式下，主配網(wǎng)系統(tǒng)之間存在圖模、遙信、遙測(cè)以及分析計(jì)算結(jié)果等大量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。在分布式電源、可調(diào)負(fù)荷、電動(dòng)汽車等源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源大規(guī)模接入系統(tǒng)的情況下，基于主配網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的分析校核類應(yīng)用存在較大的延時(shí)，難以支撐運(yùn)行監(jiān)視和自動(dòng)控制等實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的需求。除此之外，系統(tǒng)間的模型維護(hù)工作較復(fù)雜，為調(diào)度運(yùn)行人員的日常操作帶來不便。

1.2 緊耦合模式

緊耦合模式下，主網(wǎng)和配電網(wǎng)應(yīng)用功能建設(shè)在同一個(gè)主站系統(tǒng)，硬件資源統(tǒng)一部署，主網(wǎng)和配電網(wǎng)量測(cè)及狀態(tài)數(shù)據(jù)均采用前置直采方式；主網(wǎng)與配電網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、分析計(jì)算數(shù)據(jù)均可在本地?cái)?shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)共享，調(diào)度運(yùn)行人員基于同一個(gè)操作界面完成日常調(diào)度任務(wù)。

緊耦合模式有分離式和集中式兩種部署形態(tài)。集中式主配網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、自動(dòng)控制和分析校核采用同一個(gè)全網(wǎng)模型，并作為同一個(gè)功能模塊來實(shí)現(xiàn)，主配一體調(diào)度達(dá)到了高度統(tǒng)一，主網(wǎng)和配電網(wǎng)的業(yè)務(wù)完全融合。分離式模式下主配網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)視、自動(dòng)控制和分析校核相對(duì)獨(dú)立，主配網(wǎng)數(shù)據(jù)獨(dú)立采集，一方面通過模型拼接技術(shù)完成電網(wǎng)全模型的監(jiān)理；另一方面通過功能模塊的分析計(jì)算數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)主配一體化調(diào)度。

集中式應(yīng)用模式適用于規(guī)模較小、量測(cè)及運(yùn)行數(shù)據(jù)較少、分析計(jì)算難度小的電力系統(tǒng)。在大規(guī)模的源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源納入調(diào)控范圍后，遙測(cè)、遙信呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，集中式模式調(diào)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力面臨極大的挑戰(zhàn)，分析計(jì)算工作大幅度增加。分離式應(yīng)用模式很好地解決了集中式主配一體調(diào)度控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能低、吞吐能力不足、可擴(kuò)展性差的問題，對(duì)于分布式電源、可控負(fù)荷等源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源規(guī)模龐大、數(shù)據(jù)海量、自動(dòng)化程度高的系統(tǒng)具有很好的適應(yīng)性。因此，所提到的緊耦合模式均采用分離式應(yīng)用部署的方式。

目前，主配一體均在地區(qū)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，同級(jí)調(diào)度之間的聯(lián)系較薄弱，上下級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)也缺乏協(xié)同調(diào)度手段，不利于廣域范圍內(nèi)源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)全省范圍內(nèi)的新能源大規(guī)模消納。

2 云端與就地結(jié)合的主配一體系統(tǒng)建設(shè)方案

下面提出云端與就地結(jié)合的主配一體系統(tǒng)建設(shè)方案，在地調(diào)采用緊耦合運(yùn)行模式，就地部署實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)分析等實(shí)時(shí)性要求高的主配一體化應(yīng)用，省調(diào)云端部署檢修計(jì)劃、運(yùn)行評(píng)估、調(diào)度管理等實(shí)時(shí)性要求較低的省地配一體化應(yīng)用。

省調(diào)搭建電網(wǎng)全景模型，準(zhǔn)確地計(jì)及省級(jí)電網(wǎng)和地級(jí)電網(wǎng)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源的相互影響，可有效提高分析決策的準(zhǔn)確性，有利于在廣域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)。

2.1 技術(shù)架構(gòu)

云端與就地結(jié)合的主配一體化系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。地調(diào)本地基于統(tǒng)一支撐平臺(tái)，在確保主配電網(wǎng)模型、圖形、數(shù)據(jù)一體化的基礎(chǔ)上降低主配應(yīng)用之間的耦合度，保證主配網(wǎng)整體模型完整、不重復(fù)、邊界不泄露。結(jié)合云端功能建設(shè)，實(shí)現(xiàn)省、地、配電網(wǎng)之間的信息安全交互橋梁，實(shí)現(xiàn)信息融合與共享，解決主配網(wǎng)監(jiān)控信息孤立、模型數(shù)據(jù)冗余、業(yè)務(wù)無法協(xié)同等問題。

圖1 主配一體調(diào)控系統(tǒng)架構(gòu)

本地的主網(wǎng)采集實(shí)現(xiàn)對(duì)主網(wǎng)范圍內(nèi)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)以及非電量數(shù)據(jù)、保護(hù)數(shù)據(jù)和煙氣、氣象等數(shù)據(jù)的采集與處理。主網(wǎng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)主電網(wǎng)一、二次設(shè)備全面監(jiān)視，融合各類分析計(jì)算結(jié)果，向全系統(tǒng)自動(dòng)推送系統(tǒng)級(jí)故障告警及處置策略，協(xié)同全網(wǎng)多級(jí)調(diào)度聯(lián)合開展故障處置。主網(wǎng)分析主要包括模型驗(yàn)證、狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算、靈敏度分析、可用輸電能力分析、安全約束調(diào)度、無功電壓優(yōu)化、靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算、短路比分析、負(fù)荷聚合及可調(diào)節(jié)能力評(píng)估等功能。主網(wǎng)自動(dòng)控制通過全局優(yōu)化分析結(jié)果閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻率、電壓和潮流的優(yōu)化自動(dòng)控制。

本地的配電網(wǎng)采集實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)范圍內(nèi)的饋線段、母線、斷路器的一、二次設(shè)備等數(shù)據(jù)的采集與處理。配電網(wǎng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)方控制防誤閉鎖、拓?fù)渲⒉僮髌钡裙δ?。配電網(wǎng)分析實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算、解合環(huán)分析、負(fù)荷轉(zhuǎn)供分析、供電風(fēng)險(xiǎn)分析、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及保供電分析。配電網(wǎng)故障處置實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化、單相接地故障分析、配電網(wǎng)故障智能告警及配電網(wǎng)仿真測(cè)試。

在省調(diào)云端部署檢修計(jì)劃和培訓(xùn)仿真主配一體化應(yīng)用功能，檢修計(jì)劃可實(shí)現(xiàn)主配一體的檢修計(jì)劃校核、方式安排以及檢修時(shí)間窗調(diào)整等功能。培訓(xùn)仿真可實(shí)現(xiàn)多級(jí)電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行人員開展電網(wǎng)協(xié)同監(jiān)視、跨區(qū)故障協(xié)同處置、多級(jí)調(diào)度故障預(yù)案聯(lián)合執(zhí)行、源網(wǎng)荷優(yōu)化協(xié)調(diào)、省地負(fù)荷協(xié)同控制、新能源跨區(qū)消納等仿真模擬。

2.2 主配一體化系統(tǒng)的實(shí)施路徑

在地調(diào)本地，主網(wǎng)應(yīng)用和配電網(wǎng)應(yīng)用基于同一的數(shù)據(jù)庫和支撐平臺(tái)進(jìn)行快速和大量的主配網(wǎng)數(shù)據(jù)交互，并結(jié)合省調(diào)云端部署的檢修計(jì)劃數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)主配一體化監(jiān)視、一體化分析以及一體化控制。

如圖2所示，主網(wǎng)監(jiān)視模塊向配電網(wǎng)監(jiān)視應(yīng)用發(fā)送主網(wǎng)量測(cè)及事故信號(hào)，配電網(wǎng)監(jiān)視依據(jù)主配一體的電網(wǎng)拓?fù)浞治龊椭髋湟惑w方式計(jì)劃運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)主配一體的供電范圍、供電路徑以及線路合環(huán)著色。配電網(wǎng)分析依據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行主配一體轉(zhuǎn)供路徑分析，對(duì)存在負(fù)荷失電風(fēng)險(xiǎn)的母線及相關(guān)路線發(fā)出警告，同時(shí)提供一體化調(diào)控策略和分析結(jié)果，并將命令傳輸至故障處置應(yīng)用執(zhí)行。配電網(wǎng)故障處置應(yīng)用利用主配一體的潮流計(jì)算和負(fù)荷轉(zhuǎn)供功能，自動(dòng)分析設(shè)備故障后的故障診斷分析結(jié)果，并提供停電恢復(fù)方案，實(shí)現(xiàn)輸配協(xié)同的故障預(yù)案在線編制、預(yù)演校核、事件匹配推送和斷路器操作序列的一鍵控制。

圖2 主配一體調(diào)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

主網(wǎng)分析依據(jù)配電網(wǎng)量測(cè)、轉(zhuǎn)供策略、事故信息以及云端檢修計(jì)劃的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)主配一體的潮流計(jì)算、靈敏度分析、可用輸電能力分析、安全約束調(diào)度，為充分考慮配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)對(duì)主網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行決策的影響。主網(wǎng)自動(dòng)控制基于饋線控制、分布式電源控制等數(shù)據(jù)，并獲取實(shí)時(shí)斷面限額、靈敏度、優(yōu)化信息和越線調(diào)整信息計(jì)算常規(guī)機(jī)組發(fā)電和電壓控制目標(biāo)，并優(yōu)化新能源有功功率自動(dòng)控制目標(biāo)和網(wǎng)源荷儲(chǔ)有功功率協(xié)同控目標(biāo)。

省調(diào)云端部署的檢修計(jì)劃應(yīng)用，通過主網(wǎng)檢修數(shù)據(jù)以及自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)(automatic generation control，AGC)控制目標(biāo)等計(jì)算配電網(wǎng)設(shè)備停電及供電電源電變化的分析校核結(jié)果，并依據(jù)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃結(jié)果計(jì)算主網(wǎng)設(shè)備過載的分析校核結(jié)果?；谥髋渚W(wǎng)一體化負(fù)荷轉(zhuǎn)供，自動(dòng)生成檢修設(shè)備的轉(zhuǎn)供方案，并考慮制定時(shí)間段的主配網(wǎng)多個(gè)檢修計(jì)劃的互斥、重復(fù)停電等影響，結(jié)合主配一體的網(wǎng)絡(luò)分析，優(yōu)化主配網(wǎng)檢修時(shí)間安排。實(shí)現(xiàn)與調(diào)度管理、供電服務(wù)指揮等業(yè)務(wù)貫通，向營(yíng)銷等專業(yè)推送計(jì)劃停電、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)時(shí)停電等信息。

省調(diào)云端部署的培訓(xùn)仿真應(yīng)用基于主配一體的潮流計(jì)算、仿真過程控制和教案制作，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)設(shè)備故障情況下主配網(wǎng)告警信號(hào)、失電范圍、負(fù)荷轉(zhuǎn)移和配電網(wǎng)自動(dòng)化的協(xié)同仿真，支撐主配人員的培訓(xùn)演練，實(shí)現(xiàn)省、地、配一體化的多級(jí)、多用戶聯(lián)合仿真，滿足多點(diǎn)、多場(chǎng)景聯(lián)合仿真的需求。

3 源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)景研究

所提出的主配一體系統(tǒng)架構(gòu)可基于省調(diào)云端部署的大數(shù)據(jù)和聚類分析等高級(jí)應(yīng)用，全面感知分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等可調(diào)節(jié)負(fù)荷的時(shí)空特性、響應(yīng)特性，對(duì)重要用戶完整供電路徑進(jìn)行識(shí)別，分析各電壓等級(jí)電源點(diǎn)冗余程度，評(píng)估供電可靠性及風(fēng)險(xiǎn)，從而構(gòu)建源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)的支撐功能，其應(yīng)用場(chǎng)景如圖3所示。

圖3 源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景

利用省調(diào)云端部署的源網(wǎng)荷儲(chǔ)有功協(xié)同控制應(yīng)用，獲取省調(diào)現(xiàn)貨市場(chǎng)系統(tǒng)中電力市場(chǎng)、電網(wǎng)調(diào)峰、內(nèi)部斷面過載等控制需求，通過全網(wǎng)內(nèi)風(fēng)光水、儲(chǔ)能和可調(diào)節(jié)負(fù)荷等新型調(diào)節(jié)資源的有功功率控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率和內(nèi)部斷面的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及市場(chǎng)出清結(jié)果的順利執(zhí)行。再基于主配一體AGC控制目標(biāo)和主配網(wǎng)檢修數(shù)據(jù)計(jì)算源網(wǎng)荷儲(chǔ)的調(diào)節(jié)策略和調(diào)節(jié)計(jì)劃，并將這些優(yōu)化控制目標(biāo)下發(fā)至各個(gè)地調(diào)控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求、電力市場(chǎng)交易品種及通信資源，制定不同時(shí)間尺度上的控制目標(biāo)，可涵蓋超短期(未來5 min至多個(gè)小時(shí)，5 min顆粒度)、短期(未來1～8天，15 min顆粒度)和中長(zhǎng)期(未來1月至1年，1 h顆粒度)。

地調(diào)主網(wǎng)應(yīng)用根據(jù)云端數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷輔助決策分析并由負(fù)荷控制實(shí)現(xiàn)地方電廠、電源側(cè)儲(chǔ)能、工業(yè)大用戶等可調(diào)容量調(diào)節(jié)策略的下發(fā)，與配電網(wǎng)應(yīng)用模塊交互可調(diào)資源控制策略等信息。結(jié)合配電網(wǎng)應(yīng)用提供的源網(wǎng)荷儲(chǔ)各類聚合資源，根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)前及未來運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，并將計(jì)算出來的策略下發(fā)給配電網(wǎng)應(yīng)用，由配電網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行控制。

地調(diào)配電網(wǎng)應(yīng)用，建設(shè)負(fù)荷側(cè)資源聚合建模、監(jiān)視、控制等功能，實(shí)現(xiàn)分布式電源、充電樁、可控負(fù)荷等設(shè)備的監(jiān)視、分析和控制功能。配電網(wǎng)應(yīng)用對(duì)不同類型、不同區(qū)域的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源進(jìn)行匯集和優(yōu)化控制，解決可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源數(shù)量多、種類多、部分單體容量偏小的問題。最后，基于云端和本地的主配網(wǎng)一體優(yōu)化控制目標(biāo)和策略，完成源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化、柔性控制，從而實(shí)現(xiàn)了廣域區(qū)域主配一體化控制。

4 結(jié) 論

前面立足于“雙碳”戰(zhàn)略和建設(shè)新型電力系統(tǒng)的背景，針對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，提出一種主配一體調(diào)度控制系統(tǒng)建設(shè)方案，以云端部署和本地部署相結(jié)合的形式，在廣域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化互動(dòng)，有效提升源網(wǎng)荷儲(chǔ)間的協(xié)調(diào)能力和清潔能源的消納水平。