淺聊智能電網技術在電力調度自動化系統(tǒng)中的應用

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要： 本文深入探討了智能電網技術在電力調度自動化系統(tǒng)中的廣泛應用。通過詳細闡述智能電網技術的概念、特點及其構成要素，分析了當前電力調度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀與需求。重點研究了智能電網技術在電力調度自動化系統(tǒng)中的具體應用，包括智能監(jiān)測與預警、優(yōu)化調度、自愈控制等方面，并結合實際案例進行了說明。最后，對智能電網技術在電力調度自動化系統(tǒng)中的應用前景進行了展望，指出了未來的發(fā)展方向和研究重點。

一、引言

二、智能電網技術概述

（一）智能電網技術的概念

（二）智能電網技術的特點

1. 自愈能力：智能電網能夠實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并自動修復故障，保障電力供應的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

2. 兼容性強：智能電網可以兼容各種類型的發(fā)電方式和儲能設備，實現(xiàn)對可再生能源的高效利用和大規(guī)模接入。

3. 互動性好：智能電網支持用戶與電力系統(tǒng)之間的雙向互動，用戶可以根據(jù)自己的需求主動參與電力調度，提高能源利用效率。

4. 智能化程度高：智能電網采用先進的人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術，對電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析，實現(xiàn)智能化的決策和管理。

（三）智能電網技術的構成要素

1. 高級量測體系（AMI）：通過智能電表等設備實現(xiàn)對電力用戶用電信息的實時采集和監(jiān)測，為電力系統(tǒng)的運行管理提供數(shù)據(jù)支持。

2. 高速通信網絡：構建覆蓋電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的高速通信網絡，實現(xiàn)信息的快速傳輸和共享。

3. 智能控制技術：包括分布式能源管理、智能變電站控制、電力電子技術等，用于實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的智能化控制和優(yōu)化調度。

4. 可視化技術：利用可視化界面將電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)直觀地展示給調度人員，便于及時掌握系統(tǒng)運行情況并做出決策。

三、電力調度自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀與需求分析

（一）電力調度自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀

（二）電力調度自動化系統(tǒng)需求分析

1. 強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力：能夠實時處理海量的電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析挖掘出有價值的信息，為調度決策提供支持。

2. 高度的智能化和自動化水平：實現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能監(jiān)測、預警、故障診斷和自愈控制，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性和穩(wěn)定性。

3. 良好的兼容性和擴展性：能夠兼容各種類型的電力設備和通信協(xié)議，方便與其他系統(tǒng)進行集成和擴展。

4. 支持新能源的接入和優(yōu)化調度：具備對可再生能源的預測、評估和優(yōu)化調度能力，實現(xiàn)新能源的高效利用和電力系統(tǒng)的低碳環(huán)保運行。

四、智能電網技術在電力調度自動化系統(tǒng)中的應用

（一）智能監(jiān)測與預警

1. 設備狀態(tài)監(jiān)測
   智能電網技術通過在電力設備上安裝各種傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、振動傳感器等，實時采集設備的運行狀態(tài)信息。這些信息通過高速通信網絡傳輸?shù)秸{度中心，經過數(shù)據(jù)分析處理后，可以及時發(fā)現(xiàn)設備的潛在故障隱患，并發(fā)出預警信號，提醒運維人員進行檢修和維護。

2. 電網運行狀態(tài)監(jiān)測
   利用智能電網的廣域測量系統(tǒng)（WAMS）和同步相量測量裝置（PMU），可以實時監(jiān)測電網的電壓、電流、功率等運行參數(shù)，并實現(xiàn)對電網頻率和相位的同步測量。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以及時掌握電網的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電網中的異常情況，如電壓波動、功率振蕩等，并采取相應的措施進行調整和控制。

（二）優(yōu)化調度

1. 負荷預測
   智能電網技術采用先進的負荷預測方法，結合歷史用電數(shù)據(jù)、氣象信息、經濟發(fā)展趨勢等因素，對未來一段時間內的電力負荷進行準確預測?；谪摵深A測結果，電力調度部門可以制定合理的發(fā)電計劃和調度策略，實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置，提高電力系統(tǒng)的運行效率和經濟性。

2. 發(fā)電優(yōu)化調度
   在智能電網環(huán)境下，電力調度部門可以綜合考慮各種發(fā)電資源的特點和成本，包括常規(guī)能源發(fā)電、可再生能源發(fā)電、儲能設備等，制定出發(fā)電調度方案。通過優(yōu)化調度，可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的節(jié)能減排目標，同時提高可再生能源的消納比例。

3. 網絡拓撲優(yōu)化
   智能電網技術可以根據(jù)電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)和負荷分布情況，對電網的拓撲結構進行動態(tài)優(yōu)化調整。通過合理調整線路的開關狀態(tài)和變壓器的分接頭位置，可以優(yōu)化電網的潮流分布，降低網絡損耗，提高電網的供電能力和可靠性。

（三）自愈控制

1. 故障診斷與定位
   當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，智能電網技術能夠迅速啟動故障診斷程序，通過對故障前后的電網運行數(shù)據(jù)進行分析，快速準確地診斷出故障類型和故障位置。同時，利用智能傳感器和通信網絡，可以將故障信息及時傳輸給調度中心和運維人員，為故障搶修提供有力支持。

2. 故障隔離與恢復供電
   在確定故障位置后，智能電網技術可以通過遠程控制開關設備，快速實現(xiàn)故障區(qū)域的隔離，避免故障擴大。同時，根據(jù)電網的實時運行狀態(tài)和負荷分布情況，自動調整非故障區(qū)域的供電方式，恢復用戶的供電。在故障恢復過程中，智能電網技術還可以實現(xiàn)對分布式電源和儲能設備的協(xié)調控制，充分發(fā)揮它們的作用，提高供電恢復的速度和可靠性。

五、Acrel-2000MG微電網能量管理系統(tǒng)概述

（一）概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網監(jiān)控系統(tǒng)與微電網能量管理系統(tǒng)的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業(yè)微電網能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎上以經濟優(yōu)化運行為目標，提升可再生能源應用，提高電網運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統(tǒng)應采用分層分布式結構，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

（二）技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規(guī)范書提供的設備應滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標準：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范

DL/T634.5101遠動設備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統(tǒng)技術規(guī)范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

DL/T1864-2018型微電網監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規(guī)范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規(guī)范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網1部分：微電網規(guī)劃設計導則

NB/T10149-2019微電網2部分：微電網運行導則

（三）適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

（四）型號說明

六、系統(tǒng)功能

（一）實時監(jiān)測

微電網能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

（二）光伏界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

（三）儲能界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

本界面用來展示對PCS電網側數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

儲能系統(tǒng)PCS交流側數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

儲能系統(tǒng)PCS直流側數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

（四）風電界面

本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

（五）充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。

（六）視頻監(jiān)控界面

微電網視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預覽、回放、管理與控制等。

（七）發(fā)電預測

系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

光伏預測界面

（八）策略配置

系統(tǒng)應可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。

（九）運行報表

應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設備選定時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

七、系統(tǒng)硬件配置

八、結論

參考文獻

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[4] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用設計，2022，05版.

作者簡介：

張繼冬，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司