学术︱分布式电源智能调控系统研究与实践
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国网嘉兴供电公司的研究人员陈国恩、张磊、王跃强，在2016年第3期《电气技术》杂志上撰文指出，在国家电网公司大力推进分布式电源并网工作的背景下，嘉兴供电公司构建了浙江省首套新能源区域调控系统，旨在为电力公司、政府部门、投资运营商及用电企业等不同用户群体提供差异化服务，在提高用户满意度的同时，实现分布式电源的统一调控和运营。
嘉兴供电公司所构建的分布式电源智能调控系统是全国第一个新能源区域调控系统，对于其他地区开展分布式电源的统一调控和运营具有极好的示范和借鉴作用，因此国家能源局、浙江省政府、浙江省电力公司的领导多次莅临指导，同时吸引了20多家省内外单位前来调研学习。
近年来，美国、欧盟针对中国光伏企业开展“双反”调查和制裁，影响了我国光伏新能源产业的发展，并且给我国光伏企业的利益造成了极大的损失。为应对这一挑战，中国国家能源局在2012年9月发布了《关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知》，同年国家电网公司总经理刘振亚发表了备受业界称道的“六字箴言”：支持、欢迎、服务。
作为清洁、高效、永不衰竭的绿色能源技术，光伏产业在浙江地区蓬勃发展。而嘉兴市以其完整的光伏产业链和产业优势，被列为浙江省光伏产业基地建设试点、产业技术创新试点、应用商业模式创新试点、适应分布式能源接入的区域智能电网(局域网)创新试点、政策体系创新试点产业“五位一体”创新综合试点。
嘉兴市在积极发展光伏产业时面临的一大问题，就是要不断解决分布式电源发展应用的并网流程、信息接入、并网服务管理等一系列关键难题，而分布式电源智能调控系统无疑是解决这一难题的有效方式。
1 系统构建的理念和目标
1.1系统构建的理念
面对大量涌现的分布式电源，国网嘉兴供电公司既要贯彻国网公司“支持、欢迎、服务”的要求，又要确保分布式电源均衡且有序地接入电网，主要思路是坚持“政府引领、市场运作、统一管理”的创新模式，不断解决分布式电源发展应用的并网流程、信息接入、并网服务管理等一系列关键难题，为电力企业、政府部门、投资运营商及用电企业提供不同的服务，使各用户全面掌握分布式电源发电、并网及结算等相关信息，从而为分布式电源运营监管和新能源产业的健康发展提供技术支撑。
在嘉兴市政府的支持下，国网嘉兴供电公司的“分布式电源智能调控系统”作为浙江省政府“智慧城市-智能电网”试点建设中的一个重要内容，在嘉兴全面推进建设。
1.2目标
嘉兴分布式电源智能调控系统定位于浙江省乃至全国第一个新能源区域调控系统，涵盖嘉兴区域内所有20千伏、10千伏、380伏并网点分布式电源，实现信息全接入。系统具备数据采集、运行状态监视、综合评价、协调控制、出力调节、负荷预测、发电预测等多种功能，能够为电力公司、政府部门、投资运营商及用电企业等不同用户群体提供差异化服务，真正实现分布式电源的统一调控和运营。
2 系统的架构和人力资源保障
2.1 系统的架构
立足于分布式电源的发展和电网企业的实际情况，嘉兴供电公司对分布式电源智能调控系统的架构进行了规划，尤其对系统的高级应用功能进行了深化。具体说来：
（1）统一管理，分层采集：系统按照“统一管理，分层采集”的原则布局，整个嘉兴地区部署一套分布式电源智能调控系统，实现整个地区分布式电源的统一调控和运营；各县级公司分别建设一套小型分布式电源调控系统，主要负责各自所辖分布式电源的信息采集、调控和数据上送。
系统严格按照电力二次系统安全防护的要求部署，在边界区域采用了电力专用横向单向隔离、纵向加密认证、防火墙等多种安全防护设备。嘉兴分布式电源智能调控系统的拓扑图如下：
图1 系统拓扑图
（2）多方式接入，运营商可选：传统模式下，上网电源须用光纤通信以确保调度准确性。嘉兴公司针对分布式电源点多面广的特点，创造性地引入了投资成本低、建设周期短的无线通道，研究并实践了分布式电源并网接入新模式，即10千伏及以上电源采用通信光缆或专线等有线方式接入；380伏电源可通过不同运营商(移动、联通、电信)提供的无线方式接入，也可采用通信光缆。
在并网装置上，兼顾安全性和经济性，融合保护、测控、电能质量监测、规约转换、远动功能、信息加密等功能，信息上送支持不同种类的有线方式和不同运营商提供的无线方式。
（3）多层次分布式电源综合评价：系统以实际采集的分布式电源数据为基础开展统计分析，从电源项目评价、区域电源评价这两个方面来实现区域分布式电源的整体评价，为相关人员提供决策依据。
（4）多方位分布式电源运行状态监视：系统以地理图、电气主接线图、系统图、发电厂图、列表等多种方式，实现并网状态监测、实时数据监测、电能质量监测、环境参数监测、安全事件监测等功能。
（5）间接预测分布式电源发电功率：系统采用间接预测方式，根据装机容量、位置分布、气象（温度、风速、光照强度）、发电量等历史数据，分析发电功率与各种相关因素之间的关系，研究发电功率变化规律，通过多维信息人工神经网络算法较好地实现了对超短期和短期发电功率的科学预测。
（6）多点外推预测分布式电源负荷：系统以负荷、社会、经济、气象、行业特征、消费习惯等历史数据为基础，分析影响因子（尤其是气象因素、日天气类型与负荷）的关系，采用基于经验日局部校正的多点外推算法，实现了基础数据的校验与修正、多种预测方法组合、预测结果修正、数据查询与浏览等多项功能，较准确地实现了分布式电源的短期负荷预测和超短期负荷预测。
（7）多样化的协调控制：大规模分布式电源并网后，以系统获取的分布式发电单元数据为基础，建立含多约束、多目标协调优化的综合优化模型，在满足配电网潮流约束、节点电压约束、关口交换功率约束、分布式电源有功出力约束等多重约束的条件下，寻求区域最佳的实时优化控制策略和技术方案，实现分布式电源有功出力最大化，提高分布式电源发电的利用率。
（8）自动调节无功出力：系统与传统的无功调节手段相结合，建立分布式电源的无功优化控制数学模型，在线分析区域分布式发电单元的相关数据，计算分布式电源出力及传统的无功调节设备对节点电压的灵敏度，优先选择灵敏度最大的节点进行调节，必要时可辅助调节有功功率，快速有效地对电压进行控制。系统通过就地及远方模式对无功功率进行调节，控制分布式电源并网点电压、逆变器无功功率输出；通过开环及闭环模式对有功功率进行调节，优化分布式电源发电出力。
2.2系统的人力资源保障
在嘉兴市人民政府的大力支持下，国网嘉兴供电公司加大人了财力和物力的投入力度，公司领导亲自挂帅，协同调控中心、运检部、营销部、信通公司、各县级单位以及政府气象局、通信服务公司(移动、联通、电信)、相关厂家、分布式电源用户，着力开展嘉兴区域分布式电源智能调控系统的建设和深化应用拓展，全面服务于分布式电源的接入和精益化管理。图2为系统建设的组织机构图：
图2 系统建设组织机构图
3 系统的效益
（1）实现区域内分布式电源的统一调控和运营：系统成为浙江省首套区域新能源调控系统，标志着浙江省新能源技术支持服务能力实现了质的飞跃。系统以分布式电源的直送数据为基础，结合其他系统的接口数据，建立了数据和经济分析模型来服务于电力公司，为规划、调度、检修、设计等关键业务提供坚强的技术支撑；服务于政府部门，为宏观上把握产业发展进程及相关政策的精益化制订提供准确的数据参考；服务于分布式电源业主的投资管理，为全方位获取分布式电源发电、并网及结算、综合评价等相关信息提供有效的查询平台。
系统实现了嘉兴地区分布式电源信息全接入，包含并网点开关状态、电压、电流和分布式电源输送有功、无功、发电量等相关信息，并网电源信息采集覆盖率达到100%。截至2015年3月，嘉兴分布式光伏并网容量已达379MW，为嘉兴电网注入了绿色、清洁的血液。
图3 系统主界面
（2）信息多样化接入，大幅降低产业投资成本：嘉兴供电公司从客户的切身利益出发，切实解决客户最为关心的并网成本问题。引入有线、无线混合通信的方式，特别是采用不同运营商提供的无线通信服务，增加了信息接入的多样性，节省通信成本；通过分布式电源并网接口一体化装置，取代了传统变电站众多采集设备，节省采集成本。据统计，仅将光纤通信改为无线通信一项，就使客户的通信成本下降了九成；采用分布式电源并网接口一体化装置，为用户节约采集成本50%以上。随着分布式电源接入数量的迅速增长，系统的经济效益将更加显著。
（3）源端维护，信息共享：系统在满足电力系统二次安全防护相关规定的基础上，同时实现政府气象局气象系统等系统的数据交互，满足了系统对气象数据的要求；与运营系统等各类管理系统数据交互，满足各类管理系统对电源数据的应用需求；通过隔离装置实现与调度自动化、配网自动化等系统的数据交互，实现分布式电源的信息共享。在信息发布上，系统首次向政府部门和社会企业提供信息展示、信息定制、综合评价服务等功能，使其各项资源得到最大程度的利用。图4为系统信息交互的示意图：
图4 电源信息交互示意图
（4）高级应用发挥重要作用：系统通过综合评价功能，实现对分布式电源的整体评价，对分布式电源的选址、规划、产业发展的宏观指导等均有积极的意义；通过全网分布式电源运行状态的全方位监视，为电网安全运行提供重要基础数据；通过准确的发电预测，对于电源建设规划的合理制定、电网运行方式和检修计划的合理安排、确保区域电网的安全稳定运行起到积极的作用，有效降低发电成本，保持电力系统功率平衡，提高区域电网的经济效益和社会效益；通过负荷预测，有效减少系统备用容量，降低用电用能费用，提高系统运行的经济性；通过协调控制，实现各种运行方式下的分布式电源全局优化运行，提高电网实时运行的经济性和可靠性；出力调节，进一步确保电能质量满足要求，降低电网损耗。
4 结语
在系统建设过程中，嘉兴公司积极谋划，形成了在分布式电源调控系统建设和运维方面独具特色的管理经验，真正做到了支持分布式电源发展、、欢迎分布式电源并网、服务分布式电源用户。目前该系统已经在嘉兴地区全面推广应用，取得了显著效果。
国家能源局、省政府领导、省公司领导多次莅临指导，同时吸引了南方电网公司、黑龙江省电力公司、河北省电力公司等20多家省内外单位调研学习。在2014年国家能源局组织召开的全国分布式光伏发电现场交流会上，嘉兴区域分布式电源智能调控系统作了专题介绍，得到与会专家的充分肯定。
该系统的成功建设，在全国范围内具有强烈的示范意义，有效推动了全国分布式光伏并网服务管理提升和产业发展。
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