淺聊智能電網技術在電力調度自動化系統中的應用

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的現狀與需求。重點研究了智能電網技術在電力調度自動化系統中的具體應用，包括智能監測與預警、優化調度、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中的應用前景進行了展望，指出了未來的發展方向和研究重點。

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測電力系統的運行狀態，及時發現并自動修復故障，保障電力供應的連續性和穩定性。

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

3. 互動性好：智能電網支持用戶與電力系統之間的雙向互動，用戶可以根據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、大數據分析等技術，對電力系統的運行數據進行深度挖掘和分析，實現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對電力用戶用電信息的實時采集和監測，為電力系統的運行管理提供數據支持。

2. 高速通信網絡：構建覆蓋電力系統各個環節的高速通信網絡，實現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，用于實現對電力系統的智能化控制和優化調度。

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

三、電力調度自動化系統現狀與需求分析

（一）電力調度自動化系統現狀

（二）電力調度自動化系統需求分析

1. 強大的數據處理和分析能力：能夠實時處理海量的電力系統運行數據，并通過數據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：實現電力系統的智能監測、預警、故障診斷和自愈控制，提高電力系統的運行可靠性和穩定性。

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議，方便與其他系統進行集成和擴展。

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

四、智能電網技術在電力調度自動化系統中的應用

（一）智能監測與預警

1. 設備狀態監測
   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信息。這些信息通過高速通信網絡傳輸到調度中心，經過數據分析處理后，可以及時發現設備的潛在故障隱患，并發出預警信號，提醒運維人員進行檢修和維護。

2. 電網運行狀態監測
   利用智能電網的廣域測量系統（WAMS）和同步相量測量裝置（PMU），可以實時監測電網的電壓、電流、功率等運行參數，并實現對電網頻率和相位的同步測量。通過對這些數據的分析，可以及時掌握電網的運行狀態，發現電網中的異常情況，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，結合歷史用電數據、氣象信息、經濟發展趨勢等因素，對未來一段時間內的電力負荷進行準確預測。基于負荷預測結果，電力調度部門可以制定合理的發電計劃和調度策略，實現電力資源的優化配置，提高電力系統的運行效率和經濟性。

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

3. 網絡拓撲優化
   智能電網技術可以根據電力系統的實時運行狀態和負荷分布情況，對電網的拓撲結構進行動態優化調整。通過合理調整線路的開關狀態和變壓器的分接頭位置，可以優化電網的潮流分布，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
   當電力系統發生故障時，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據進行分析，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，快速實現故障區域的隔離，避免故障擴大。同時，根據電網的實時運行狀態和負荷分布情況，自動調整非故障區域的供電方式，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對分布式電源和儲能設備的協調控制，充分發揮它們的作用，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概述

（一）概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，提升可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、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應采用分層分布式結構，整個能量管理系統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通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

（二）技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：

GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范1部分：通用要求

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

GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

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

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

GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統技術規范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范

DL/T1864-2018型微電網監控系統技術規范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范

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范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規范

NB/T10148-2019微電網1部分：微電網規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網2部分：微電網運行導則

（三）適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

（四）型號說明

六、系統功能

（一）實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

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

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，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、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

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

（二）光伏界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

（三）儲能界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、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BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，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電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

儲能系統PCS交流側數據界面

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

儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，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PCS狀態界面

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

儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

儲能電池簇運行數據界面

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信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

（五）充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統信息，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據等。

（六）視頻監控界面

微電網視頻監控界面

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

（七）發電預測

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

光伏預測界面

（八）策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統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、動態擴容等。

（九）運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備選定時間的運行參數，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、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

七、系統硬件配置

八、結論

參考文獻

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[2] 張寧,劉爽,周曉燕.基于數字可視化的智能電網關鍵技術及應用圍.數字技術與應用,2022,40(2):197-199.

[3] 謝清玉,張耀坤,李經緯,面向智能電網的電力大數據關鍵技術應用[J].電網與清潔能源,2021,37(12):39-46.

[4] 安科瑞企業微電網設計與應用設計，2022，05版.

作者簡介：

張繼冬，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司