淺聊智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的應(yīng)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(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。通過詳細(xì)闡述智能電網(wǎng)技術(shù)的概念、特點(diǎn)及其構(gòu)成要素，分析了當(dāng)前電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀與需求。重點(diǎn)研究了智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，包括智能監(jiān)測與預(yù)警、優(yōu)化調(diào)度、自愈控制等方面，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行了說明。最后，對智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，指出了未來的發(fā)展方向和研究重點(diǎn)。

一、引言

二、智能電網(wǎng)技術(shù)概述

（一）智能電網(wǎng)技術(shù)的概念

（二）智能電網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)

1. 自愈能力：智能電網(wǎng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并自動修復(fù)故障，保障電力供應(yīng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

2. 兼容性強(qiáng)：智能電網(wǎng)可以兼容各種類型的發(fā)電方式和儲能設(shè)備，實(shí)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(wǎng)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(diào)度，提高能源利用效率。

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

（三）智能電網(wǎng)技術(shù)的構(gòu)成要素

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

2. 高速通信網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)建覆蓋電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的高速通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的快速傳輸和共享。

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

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

三、電力調(diào)度自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀與需求分析

（一）電力調(diào)度自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀

（二）電力調(diào)度自動化系統(tǒng)需求分析

1. 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力：能夠?qū)崟r(shí)處理海量的電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析挖掘出有價(jià)值的信息，為調(diào)度決策提供支持。

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

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

4. 支持新能源的接入和優(yōu)化調(diào)度：具備對可再生能源的預(yù)測、評估和優(yōu)化調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)新能源的高效利用和電力系統(tǒng)的低碳環(huán)保運(yùn)行。

四、智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）智能監(jiān)測與預(yù)警

1. 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測
   智能電網(wǎng)技術(shù)通過在電力設(shè)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(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息。這些信息通過高速通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理后，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在故障隱患，并發(fā)出預(yù)警信號，提醒運(yùn)維人員進(jìn)行檢修和維護(hù)。

2. 電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測
   利用智能電網(wǎng)的廣域測量系統(tǒng)（WAMS）和同步相量測量裝置（PMU），可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)的電壓、電流、功率等運(yùn)行參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)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(shí)掌握電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中的異常情況，如電壓波動、功率振蕩等，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和控制。

（二）優(yōu)化調(diào)度

1. 負(fù)荷預(yù)測
   智能電網(wǎng)技術(shù)采用先進(jìn)的負(fù)荷預(yù)測方法，結(jié)合歷史用電數(shù)據(jù)、氣象信息、經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢等因素，對未來一段時(shí)間內(nèi)的電力負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測?；谪?fù)荷預(yù)測結(jié)果，電力調(diào)度部門可以制定合理的發(fā)電計(jì)劃和調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。

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

3. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化
   智能電網(wǎng)技術(shù)可以根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷分布情況，對電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化調(diào)整。通過合理調(diào)整線路的開關(guān)狀態(tài)和變壓器的分接頭位置，可以優(yōu)化電網(wǎng)的潮流分布，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，提高電網(wǎng)的供電能力和可靠性。

（三）自愈控制

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

2. 故障隔離與恢復(fù)供電
   在確定故障位置后，智能電網(wǎng)技術(shù)可以通過遠(yuǎn)程控制開關(guān)設(shè)備，快速實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離，避免故障擴(kuò)大。同時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷分布情況，自動調(diào)整非故障區(qū)域的供電方式，恢復(fù)用戶的供電。在故障恢復(fù)過程中，智能電網(wǎng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對分布式電源和儲能設(shè)備的協(xié)調(diào)控制，充分發(fā)揮它們的作用，提高供電恢復(fù)的速度和可靠性。

五、Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

（一）概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)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(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，提升可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范

DL/T634.5101遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

DL/T1864-2018型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則

（三）適用場合

系統(tǒng)可應(yīng)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(shí)時(shí)監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)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(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)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(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)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(jì)值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)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(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)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(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負(fù)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(jìn)行顯示。

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)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(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)容量、儲能當(dāng)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(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)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(wǎng)側(cè)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(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)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(shí)針對交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對直流側(cè)的異常信息進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時(shí)展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。

儲能電池簇運(yùn)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(dāng)前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

（四）風(fēng)電界面

本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)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(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

（六）視頻監(jiān)控界面

微電網(wǎng)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(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

（七）發(fā)電預(yù)測

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

光伏預(yù)測界面

（八）策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴(kuò)容等。

（九）運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備選定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)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(jié)論

參考文獻(xiàn)

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[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用設(shè)計(jì)，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