省地协同主配一体化调度技术支持系统的研究

贾亚飞,刘海峰,杨立波,马 斌,魏颖莉

(1.国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司,河北 雄安新区 071000;2.国网河北省电力有限公司,河北 石家庄 050021)

0 引言

近年来,新能源技术迅速发展,地区电网中新能源占比逐年增高[13],电力系统稳定运行、新能源高效利用等方面面临严峻挑战[4-6]。由此带来电力系统自身复杂度不断增加以及传统电力能源与新能源的深度耦合,以广泛互联、智能互动、灵活互动、安全可控为特征的新一代电力系统正在形成,对电网调度技术支撑能力提出了新的要求。

为了适应新一代电力系统,满足雄安新区高可靠性供电要求和综合能源互联网发展的现实需要[7],在雄安新区开展新一代电网调度技术支持系统试点建设。从基础数据支撑、系统平台架构、应用功能设计、用户友好体验等方面进行全面、深入的考量,建立与新区电网发展和组织形态相适应的配套技术支持系统,确保雄安新区调度自动化系统先进、可靠、开放、友好。

本文以新一代调度技术支持系统为基础,研究主配一体化建设模式,构建具备雄安特色的地区电网调度系统架构,并探讨该系统在雄安新区实施过程中的关键问题和特色应用,为系统最终落地运行提供理论基础,强有力支撑雄安新区数字化主动电网建设。

1 主配一体化系统建设模式

与传统地区电网调度模式不同,雄安新区电网规划采用主配一体、分区分组调度模式,以保障电网安全运行,因此需要研究适用于雄安新区电网调度模式的调度自动化系统建设模式。

作为面向不同电压等级的电网调度系统,主网调度系统与配网调度系统在计算机硬件、网络配置、软件构成及架构等方面大都相同[8],主站软件功能由平台层和应用层构成。主配一体电网调度系统具有共享全电网信息、增强电网分析与决策精度、节约系统主站建设投资和降低运维成本等特点,尤其适合雄安新区调控机构的组织架构。

主配一体化系统架构和建设方案的选择需综合考虑多种因素,地区调控机构主配网调度自动化系统通常有独立调度主站+独立配网主站、集中式主配一体化和主配应用分离一体化3种建设模式。3种主配一体化系统建设模式对比如表1所示。

表1 主配一体化系统建设模式对比

雄安新区为新建电网,无已经建设使用的主网和配网调度自动化系统。除变电站外,雄安新区目标开关站、配电室均要接入调度自动化系统,电网规模较大。为满足雄安电网主配一体、分区分组的调控模式,结合表1,雄安调度技术支持系统拟采用主配应用分离一体化模式。

2 省地协同的主配一体化系统

目前各地区级调度系统均独立部署,地区各自决策,上下级调度业务协同串行迭代,同级调度横向联系较弱,影响了协同决策的时效性。并且上下级调度尚未实现电网模型统一同源,影响了分析决策的准确性。为了加强省地协同决策的时效性和准确性,继承河北D5000系统建设成果,遵循安全性、先进性、适用性、规范性、开放性、高可靠性等通用要求,开展基于新一代调度技术支持系统的“云端+就地”全新架构研究,提出了省地协同的主配一体化系统。“云端+就地”系统新架构如图1所示。系统的监视控制类功能在雄安就地建设,分析决策类功能在省公司云端统一建设,雄安地区与省公司云端各应用按需求调用所需信息。因为省地上下级协同,可实现电网全景感知,因此分析决策时效性更高,计算更为准确。

图1 “云端+就地”系统新架构

不同于传统调度自动化系统,省地协同的主配一体化系统在基础支撑、模型数据和业务功能方面有很大提升,详细分析如下。

2.1 基础支撑

系统综合考虑云计算技术优势和电网调度运行需求,建立物理机和虚拟机混合架构及其运维保障体系,在安全可靠运行的前提下,实现计算、存储、网络资源的虚拟化弹性调度和自动化运维,实现各类业务的服务化和集群化。

2.2 模型数据

系统基于物理电网建立统一的地区电网资源模型,并以之为骨干,实现各类信息的友好接入、智能互动、关联融合、自然贯通,为电网运行、生产等业务提供统一、准确、规范的信息支撑服务。

2.3 业务功能

系统构建开放标准的多业务支撑环境,以模型数据平台为支撑,面向业务应用,全面支撑电网生产运行业务。

3 系统架构设计

雄安新区省地协同主配一体化系统基于国家电力调度控制中心新开发的新一代调度技术支持系统,在运行控制平台和云计算平台基础上,采用分布式就地部署和云端部署相结合的方式,其中实时监视、自动控制在雄安监控系统中部署,分析校核、培训仿真、运行评估及数据服务等依托省级云节点,实施云端部署。

3.1 系统软件架构设计

省地协同主配一体化系统软件架构包括支撑平台和业务应用,结合雄安新区主动配电网、主配一体化等实际情况进行了选择与增补,系统软件总体架构如图2所示。

图2 新一代调度技术支持系统软件总体架构

系统在总体架构上采用双活管理建设模式,基于电力监控业务中台,构建实时监控、自动控制等应用和主配协同、有源配电等场景,利用调度数据网、综合数据网和互联网,广泛采集发电厂、变电站、开关站、配电房、气象环境、用户负荷等主配网数据,并基于人机云终端,实现主配一体业务应用的统一浏览和查看。主配系统均部署实时监视、自动控制等应用和主配协同、有源配电等场景。

3.2 系统硬件架构设计

系统采用双活方式建设,跨生产控制大区和非生产控制大区部署,硬件包含主配网采集服务器、各类应用服务器、分布式存储及网络设备。

生产控制大区I区负责地区电网实时控制类数据采集、处理和控制等SCADA功能,以及AVC和新能源(分布式电源)协调控制功能。在生产控制大区设置安全接入区,实现与外部系统通过公网信息的交换,以及采用公网、无线通信方式的配电终端的接入。

在生产控制大区Ⅱ区部署网络安全管理、电能量计量、故障录波、电力市场、停电计划、发电计划、安全校核、负荷预测和源网荷储等功能服务器,实现相应功能。

4 雄安新区特色应用功能

系统应用面向整个雄安新区电网,涵盖主网、配网、新能源发电预测和负荷调度运行监控业务,以主配一体、有源配电网2项核心进行设计,强化主配一体化、省地协同、源网荷储协同优化、可控负荷柔性调度等功能。以人工智能技术为驱动,以“事务助手、业务参谋、决策专家、智慧大脑”为目标,建立持续进化电网运行控制大脑,实现电网全局可观、可测、可控,建成“三自两灵活”主动配电网。以下就雄安特色功能进行分析。

4.1 电网一张图调度

系统从“电网天然一张图”特点出发,以电网拓扑连接关系为纽带,基于主配用全网模型,结合GIS展示、自动成图等技术,实现220 k V到380 V电网设备“一张图”全景监视。最大限度的挖掘地区电网实时运行方式的数据价值,以调控中心为主要视角,提升跨部门、跨业务、跨系统的协同合作能力,实践“数据一个源、电网一张图、业务一条线”的目标,提高电力系统运行水平和电网资产运营效率。

4.2 可调负荷接入控制

针对雄安新区会有用户配电室、充电站储能、分布式光伏等大量可调负荷需求,系统结合各类负荷资源分布特点,通过调度数据网、4G公网/专网、互联网安全区等接入方式,采用规范化数据格式、标准化采集接口,实现各类资源数据的统一采集接入。负荷资源接入系统后,通过多区域状态估计模型,采用分布式计算方法对地区电网运行方式进行求解,结合残差搜索等异常数据辨识、数据校核方法,对数据进行清洗和质量稽查,避免不当数据对调度运行的干扰。可调节负荷调控原理如图3所示。

图3 可调节负荷调控原理

结合负荷资源的基础属性,从空间、时间、可调度属性等维度,构建统一的可调节负荷资源池,对内实现负荷资源的可观、可控、可调、可测,对上作为地区级负荷聚合商提供负荷调节能力、调节策略生成。面向地区电网局部过载消除、新能源消纳等业务需求,在常规资源调节手段不足时,利用负荷侧资源的弹性调节能力,实现各类负荷资源省地协调,促进地区电网调节能力提升。

4.3 新能源负荷预测

随着雄安新区分布式电源的并网建设推进,需要开展地区电网新能源负荷预测分析,保障新能源消纳,确保电网经济、高效运行。

基于雄安系统模型完整、数据全面的特点,系统充分发挥雄安调控中心在负荷管理和特性识别方面的优势,综合考虑市场激励机制、分布式新能源等小电源、运行方式转变、节假日以及天气等因素与负荷变化的影响关系。基于机器学习等人工智能技术,建立在线更新的智能预测模型,智能追踪母线负荷的变化趋势,通过还原真实用电的方式智能分析新能源机组(集中式新能源、分布式新能源)并网对母线负荷下网的影响,实现110 k V及以下母线负荷的精准预测,通过拓扑关系自动汇聚到220 k V上送省调,有效提升系统负荷预测的准确性,有力支撑计划编制、市场出清和安全校核。

5 系统先进性分析

系统采用“云端+就地”相结合的体系架构,实现硬件共享、平台统一、人机统一、模型统一、采集统一的高度主配一体化,可有效节约人力维护成本及系统建设成本,有效支撑主配网集约化、精细化、专业化管理。系统正式运行后将会对雄安新区电网运行和运维水平提升效果明显,电网安全化水平、可靠化水平、智能化水平3项指标将平均提升8%～10%,尤其在安全化水平中,电网稳态运行控制能力将从64%提升至93%,在智能化水平的电网稳态自适应智能决策能力从71%提升至89%。综上所述,雄安新区新一代调度技术支持系统对保障雄安电网安全、可靠运行提供强有力的保障,显著提升调度智能化水平。

5.1 安全化水平

为保障电网持续安全稳定运行,新一代调度技术支持系统对电网进行稳态运行控制,基于态势感知信息,实现电网N—1、N—2及其他严重故障的主动事故预想,提示安全边界。采用电网控制知识图谱,主动规避电网风险,根据电网运行多元约束条件,自动寻优、自主调度。基于电网运行知识图谱,全局优化、智能排定停电计划,减少重复停电。工作票业务流自动触发、自动校核,安全措施自动嵌入,满足标准自动派发,发现风险提示介入,保证电网安全稳定运行。

5.2 可靠化水平

为保障电网可靠、持续电力供应能力,新一代调度技术支持系统以统一模型为信息基础,以监控系统为控制和输出手段,综合电网拓扑图模、电网运行(实时、预测、历史)和气象地理环境数据,以及水热冷气等外部能源数据和综合能源管理信息,进行全局分析、风险全局防控、策略全局优化,实现各类电网运行统筹优化、协调控制、智能决策、协同自愈,保障高可靠供电。

5.3 智能化水平

新一代调度技术支持系统采用深度学习、知识图谱、图像识别、语音识别等人工智能技术,提高电网态势感知能力和决策自适应能力,实现电网设备重过载、电压越限等电网异常运行状态的预判。对不同电网运行异常自动分析生成自适应控制决策的能力表征,为调度员提供决策支持。

6 结论

依据新一代调度技术支持系统建设方案,结合雄安新区实际,新一代调度技术支持系统采用“云端+就地”相结合的体系架构,实现平台统一、人机统一、模型统一、采集统一的高度主配一体化,实现全场景数据建模、集中分析决策和电网自动巡航和源网荷储协同优化、可控负荷柔性调度,支撑雄安新区全电压、扁平化电网调控业务开展,保障雄安新区电网安全可靠运行,可推动雄安新区数字化主动电网建设。