基于D5000平台的能源调度优化系统

王夏艳（国网莆田供电公司）

基于D5000平台的能源调度优化系统

王夏艳（国网莆田供电公司）

为了保证我省大规模清洁能源接入后电网的安全稳定运行，需要加强对清洁能源的调度和运行控制，我省引进新一代智能电网调度系统D5000，以满足日益增长的清洁能源发电并网的需求。

D5000平台；能源调度；优化系统

1 我省清洁能源限电并网原因分析

1.1 清洁能源与电网发展不协调

在过去，我省电网建设尚未考虑接入清洁能源，尤其是电网末端线路大规模接入和远距离输送。清洁能源发电地一般处在偏远地区，当地用电负荷轻，网架结构较为薄弱，大规模清洁能源电量就需要外送消纳，但是由于清洁能源发电快速增长，清洁能源电场建设却比电网建设周期相对短的多，导致电量送出受限，使得清洁能源发电与电网没有协调同步发展。

1.2 缺乏有效的调度手段

整体来说，风电、光电等清洁能源调度管理工作刚刚起步，还处在开拓、探索阶段，清洁能源融入大电网还需要构筑基于“大运行体系”的清洁能源调度、控制和管理模式。基础数据管理薄弱，清洁能源功率预测技术水平不高，预测精度不高，超短期负荷预测功能不完善以及清洁能源调度关键技术支持手段不足，制约了清洁能源调度管理水平的提高，不利于电网及清洁能源电场的安全、稳定、经济运行。

因此，为了保证我省大规模清洁能源接入后电网的安全稳定运行，需要加强对清洁能源的调度和运行控制，我省引进新一代智能电网调度系统D5000，以满足日益增长的清洁能源发电并网的需求[1～2]。

2 D5000调度系统

要实现对清洁能源的科学调度，需要对系统中的功率及变化趋势进行实时监测，并能够科学预测风电后者光伏的发电功率。然后再此基础上制定相对科学的发电计划，然后通过风电场或者光伏电场的并网运行进行科学评价，从而实现对场站的科学管理以及对清洁能源的合理调度，确保整体系统的安全稳定运行。同时能够实现提升清洁能源的利用率。

2.1 我省的D5000系统的体系结构

我省主站端使用的就是该套系统，并将其设置在诸多风场的分站端，以及数据通信链路上，其详细架构参考图1。

我省调控系统的主站控制端主要分区功能为：Ⅰ区主要是实现对信息的采集实时监控。Ⅱ区负责对风电场的功率进行预测。Ⅲ区则是负责调度管理。主控制系统和之前的EMS系统、OMS系统以及综合数据平台进行无缝集成，另外还装置了反向物理隔离装置来获取天气等信息。并能够集成其他系统完成信息的监控、功率预测结果、发电计划的电量以及实现无功功率和有功功率之间的交互。

2.2 福建省清洁能源调度技术支持系统

在D5000基础数据平台上，我省清洁能源调度技术支持应用框架共由：电站及资源监测与趋势分析、资源分析与理论发电能力、功率预测、接纳能力评估、清洁能源调度计划、运行风险评估、并网运行特性评价、数据分析与管理八个模块组成，如图2所示。

2.2.1 信息采集与实时监视

图1 系统体系架构

图2 清洁能源调度技术支持应用模块

我省的调控机制具有运用地调式EMS体系转发与风场直传两种数据互备方式，及时取得省内各地风电场气候消息、设施状态消息，还能按时接收超短期以及短期的功率检测文本，还能够运用OMS体系人为输入风场的相关参数。

我省调度中心借助可视化界面，实现对风场升压站、风机测风塔、动态无功补偿设备的实时监视，界面简单明了，便于监视人员实时掌握现场情况。

2.2.2 清洁能源功率预测

在基于D5000平台的清洁能源功率预测系统中，对于风电场功率预测，我省的调控部门运用与省内气候环境相符合的数据高精度天气预报体系；对于省内风电场的运行历史数据所表现出不多的特征，运用物理结合统计的组合方式构建模型进行预测，对模型实用性有所增强增；对运行历史较久的部分风电场，要对其丰富的历史运行所得数据充分利用，运用统计法建立模型，且定时对模型进行再训练；在预测过程中还得对风电场现场地形、风电机总类及地理分布位置等能够造成影响的因素进行综合考虑，根据历史统计测风数据所表现的规律修正结果；使用模式输出方法来统计，参照当前与历史运行功率数值优化预测动态结果，提高省内预测精确度；达到了预测超短期与短期功率的目的，为制定与实施发电计划而提供了可靠依据。

2.2.3 基于多时间尺度的清洁能源协调优化调度技术

由于光电、风电的间歇性和波动性，使得预测难度加大，为了最大化消纳清洁能源，我省运用由年、月、日及一日内多个时刻协调的调度方式。通过评估年、月度的接纳能力，从而得出清洁能源在年、月内电量规划；通过评估目前最大的接纳能力，结合清洁能源与火电规划，制定清洁能源输出区间的计划，且实现最优限电分配；通过评估一日内接纳的最大能力，反复订正规划，使清洁能源的接收空间最大化。配合多个时间刻度的条件下，我省清洁能源的预测浮动性逐步平缓，增大了清洁能源消纳的比例[3～4]。

（1）清洁能源年/月度电量计划制定方法

我省制定清洁能源年/月度电量计划如下：在年、月度环保能源的长期发电量预测基础之上，通过计算重新得到清洁能源的发电时间列表，而后参照运行方法、平衡优化等方法得出可归为系统计划内的电量。

（2）清洁能源日前优化调度方法

我省制定清洁能源计划时不光要考虑到调峰的制约，还要对电网中各断面潮流的限定进行考虑。因而，我省运用评估清洁能源接收能力，对功率曲线进行平衡优化，提前留出清洁能源的空间，让清洁能源电源与常规电源协调运行，提升电网效益。

（3）清洁能源日内滚动计划

我省将清洁能源接纳最大化做为优化目的，制定了日前计划与范围和限电时段。因此基于超短期功率预测，在实际运行中，日前调度计划实时调整。一日之内的滚动调整计划周期为5～15min，与此同时还需考虑到机组可调节范畴、AGC的机组运行约束及各个馈线与断面潮流制约。如图3所示为清洁能源一日计划的调整过程，若日前不进行限电，日内发电无法消纳，就必须重新调整调度计划；如果日前有限电，日内消纳空间充足，可重新调整日内调度计划，增大清洁能源消纳空间。最终，通过滚动调整，充分开发清洁能源接纳能力，提高我省清洁能源利用率，保障电网安全稳定运行。

图3 日内计划调整过程

3 D5000系统在我省电网的应用

经过设备的安装、参数录入、接入调试等准备工作，我省电力调度控制中心调度班率先在工作中使用D5000系统，通过其监控所辖的500kV变电站。调度员通过该系统的监测功能，对、有功功率、无功功率、负荷潮流、主变温度等遥测数据和开关变位，保护动作、控制回路断线、弹簧未储能等遥信信号时时监视变电站运行情况，及时发现变电站出现的各种问题。监控员通过D5000系统的遥控、遥调功能，可远程断合断路器和调节主变档位等工作。这些功能极大地提升工作效率，使得调度员和监控员更加快速地了解现场情况，尤其出现事故跳闸等情况时。由于D5000可以集中监控，因此变电站可改为无人值守，减少了人力开支。

4 我省基于D5000系统的清洁能源调度技术应用

调度运行模式是清洁能源调度的重点。调度运行模式主要由编制协调计划及调整功率、信息技术的全面支撑、安排精益运行方式这三个方面组成，其必须适应我省清洁能源调度的需求和目标。

4.1 协调型计划编制及功率调整

我省调控的计划编制及功率调整为保证安全的情况下必须以清洁能源接纳能力最大为目标，那就首先要综合考虑传统能源和清洁能源状况；其次为保证安全性和经济性的统一以及电网机组设备的调节性能，就必须根据不同的掌控施效周期而强化日级运行计划、小时级调度计划、分钟级实时调度、秒级协调与优化，由此达到平滑性过渡[4]，见图4。

图4 计划编制及功率调整

在有功控制上，我省清洁能源不仅要具备实施日前及周期计划的实力还要有参与调整ACE的闭环与控制AGC能力。顾及光能与风能所具有的间歇性和随机性等特点，应当建立以跟踪基于功率预测的日前计划或滚动计划为主的有功控制模式，为辅的是直接参与AGC控制模式。

4.2 精益化运行方式安排

我省的电力体系在利用清洁能源方面，不但要充分利用风能与光能发电，在不具备很成熟的储能方法时还需使用传统电力体系做备用供电；因而在安排集中的大规模清洁能源并网发电运行方法时，还应考虑系统安全、能源特性、经济效益等综合因素，同时借助EMS系统中的安全分析、风险状态评估等辅助完成。此外，虽然风、光等的发电特征对电网的调峰造成不良影响，同时也证明多种清洁能源结合开发使用的高效性。比如，风火并用时，因火电提供热源等原因而不能暂停机器时，在负荷的低谷时，可考虑利用光、风能量以辅助其发电，从而达到高效利用能源的目的，且提高电网实际经济收益。

4.3 全方位信息技术支撑

在智能电网的环境下，我省基于D5000平台的清洁能源的智能调度模式通过各环节、各层面的信息互动实现资源互享和综合利用，提高了信息的协调程度。纵向强化含清洁能源的地调、省调及各风、光伏电场站运行数据地交换，就清洁能源运行监视、电压调控指令、功率控制指令、各项静态参数、预测负荷的功率等方面进行互动；就横向来说，省调的内部清洁能源体系要与现行OMS、EMS、SCADA等数据综合平台进行信息交换，做到有效运转[5]。

5 结束语

由于风能、太阳能等清洁能源发电具有很强的随机性和间歇性，风电还具有反调峰的特性，加之目前我国这些清洁能源基本都处于“自由”运行状态，即不参与电网调度计划，这给清洁能源丰富地区的电网调度控制带来了巨大的压力。大规模清洁能源的并网运行给电网的调度运行管理提出了新挑战，带来了很多新问题。因此，需要对能源调度系统进行优化。

[1]杜贵和，王正风.智能电网调度一体化设计与研究[J].电力系统保护与控制，2010（15）.

[2]许凤茹.地级电网调控一体化运行管理模式研究[D].华北电力大学（北京），2011.

[3]张 谦，李 琥，高 松.风电对调峰的影响及其合理利用模式研究[J].南方电网技术，2010（06）.

[4]张伯明，吴文传，郑太一，孙宏斌.消纳大规模风电的多时间尺度协调的有功调度系统设计[J].电力系统自动化，2011（01）.

[5]沈 伟，吴文传，张伯明，郑太一，孙宏斌.消纳大规模风电的在线滚动调度策略与模型[J].电力系统自动化，2011（22）.

[6]J·G·SLOOTWEG，etc.Integration of Large Scale Wind Parks in the Dutch Power System：A Comparison of the Behavior of Constant and Variable Speed Wind Turbines，2002.

TM76

A

2095-2066（2016）33-0017-03

2016-11-12