近似“AI系統”的主動配電網可以更“懂你的需求”

2017-11-10 14:32:15 南方電網報　點擊量：評論 (0)

今年5月，由貴州電網公司牽頭承擔，上海交通大學、清華大學、北京四方繼保自動化股份有限公司三家單位共同參與完成的國家863計劃集成可再生能源的主動配電網研究及示范通過了國家科技部的技術驗收，圓滿完成了國

今年5月，由貴州電網公司牽頭承擔，上海交通大學、清華大學、北京四方繼保自動化股份有限公司三家單位共同參與完成的國家“863計劃”“集成可再生能源的主動配電網研究及示范”通過了國家科技部的技術驗收，圓滿完成了國家重大科研攻關任務。國家科技部驗收組專家認為課題是國內同類課題實施的典范。

“根據用戶何時開電視、何時用熱水、何時用空調等用電習慣，供電企業事先做好負荷及網絡準備，為用戶提供定制服務;用戶周圍有哪些分布式電源可以調用，哪些資源最實惠，用戶可隨時選擇;在電網用電負荷直線攀升進而逼近電網承受最高值時，它會主動作為，果斷發出精確指令，自動調節負荷，化解電網風險……”

課題負責人、貴州電網公司電網規劃研究中心副總工、系統技術研究室主任李慶生(左二)向參觀者介紹項目情況。唐學用攝

11月8日，在上海國際會議中心2017中國國際工業博覽會國家科技部展區前，作為“國家863計劃”“集成可再生能源的主動配電網研究及示范”課題負責人，貴州電網公司電網副總工、規劃研究中心系統技術研究室主任李慶生向參觀者介紹著。

“課題在多源協同的主動配電網運行關鍵技術研發上取得重要進展，突破了主動配電網規劃、運行、控制、測試以及應用等一系列關鍵技術，并成功在貴州省貴陽市清鎮紅楓示范工程中實際應用。”由于該課題在多項關鍵技術上實現了國內首創及領先，被國家科技部選中成為了本屆中國國際工業博覽會參展項目，在展會上進行成果分享、推廣宣傳、成果的轉化應用等方面的介紹。

“集成可再生能源的主動配電網研究及示范”課題是“十二五”期間智能電網領域國家“863計劃”課題，該課題由貴州電網公司科研團隊經過3年科技攻關，于今年1月在貴陽市紅楓湖正式投入運行，5月通過國家科技部技術驗收，該課題通過2個自主知識產權的核心系統的研發，12個高級運用模塊，11個新型成套裝置在工程中的實際應用，實現了示范區在30%以上滲透率工況下的優化穩定運行，分布式電源100%就地消納。降低峰谷差、網損10%以上，供電可靠率達到99.99%以上。從網、源端來說，實現了電網拓撲結構靈活可調，分布式電源優化協調控制，從用電側來說，像“電力管家”一樣，能結合用戶的用電習慣，為用戶貼身定制最優供電策略。因其在“主動”和“智能”方面的表現，被人稱之為“最懂你”的配電網。

主動把控分布式能源

“冷熱電有500千瓦，光伏有253.8千瓦，儲能有200千瓦，水電有12兆瓦，風電有300千瓦。”走進如今的貴州電力職業技術學校，映入眼簾的首先是面朝紅楓湖屹立的2臺風力發電機，緊接著是學院的實訓樓、學生公寓屋頂上的光伏發電組件，以及冷熱電三聯供系統。由于多種能源的匯集，進入校園就像是走進了一個分布式能源“集散地”。

“據說我們學校用的電，不僅有太陽能、風電、水電，還有冷熱電、儲能等，一聽就很高大上。”作為貴州電力職業技術學院電氣工程及自動化專業的學生，劉陽和大多數學生一樣，不僅見證了風力發電機、太陽能光伏板拉入校園并最終建成的過程，還對五種分布式能源齊聚母校這件事非常感興趣。

“之所以選擇五種能源接入學校電源，我們就是想通過課題研究不同種類分布式能源特點并實現多能優化互補的有效控制。”李慶生認為，在整個電網中，主網就像人體的“主動脈”，而在電力網中起分配電能作用的配電網就是四通八達的“毛細血管”，電從電廠發出，流經主網，通過配電網送到用戶，就如血從心臟流出，經主動脈，通過毛細血管輸送至全身一樣。電流自上而下流動，如大河變小河，再由小河變小溪。正因為如此，在傳統的配電網中，線路、設備選型，相應的繼電保護、潮流控制、計量等，考慮的都是單方向流動，而隨著風能、太陽能等分布式能源的發展乃至異軍突起，用戶側分布式能源的反送使傳統配電網出現了“電流倒送”現象，這意味著，傳統配電網的保護、控制策略將失效，電網的供電可靠性也將受到影響。國家“863計劃”“集成可再生能源的主動配電網研究及示范”課題的研究就是要使主動配電網成為能通過使用靈活的網絡拓撲結構來管理潮流，實現對不同區域中的分布式電源設備、負荷進行主動控制和主動管理的配電系統。

出于研究主動配電網對分布式能源的主動控制的有效性，課題組建立了主動配電網的規劃運行互動決策系列規范和技術體系，開發了相應的核心裝置與應用支持系統，建成了一套集冷熱電聯供系統、光伏、儲能、風電、水電等五種能源的主動配電網控制系統。通過自動或人機交互，實現了電網運行方式的快速切換與調整及高滲透率下分布式電源完全就地消納，提高電網整體電能質量，有效降低網損。

同時，課題研制的主動配電網余熱回收蓄能型冷熱電聯供系統，首次提出冬季協同與夏季協同模式。突破傳統以熱定電、以冷定電的模式限制。在系統熱電效率高于80%和滿足供熱負荷需求條件下，實現機組出力調節范圍達到其額定功率50%以上，有效提高主動配電網經濟運行調節范圍。

“十三五”期間，我國將新增非化石能源裝機2.4億千瓦，其中貴州將新增600萬千瓦，本課題充分結合貴州省分布式能源種類豐富，滲透率更高的特點建設的主動配電網示范工程，對推進能源供給側結構性改革補齊能源基礎設施短板，提升服務民生發展水平，加快生態文明建設提供了示范樣本和技術支撐，課題形成的具有自主知識產權的主動配電網管理技術，也為全國范圍內多種能源的大規模開發與應用推廣提供了有力支撐。

配電網有了“千里眼、順風耳”

“在主動配電網控制中心，我們可以監測到電網、用戶以及分布式電源的運行情況，在此基礎上利用態勢感知技術預測其發展狀態，提出優化協調控制策略。這就是‘可觀性’。當優化協調控制策略制定出來以后，通過控制中心能夠實現分布式電源、電網、負荷的靈活有效控制，這就是‘可控性’。”李慶生說，主動配電網就像“千里眼”，有更大的可觀測范圍，能掌握更多信息、實現更多的控制策略。

“以前紅楓電校及周邊供電區域網架薄弱，配網自動化水平較低，由于調度員對中低壓配網接入的分布式電源運行狀況不清楚，在運行方式調整時需耗費大量時間進行核實。”據貴州電網清鎮供電局集調中心副主任龐海東介紹，示范工程建成后，調度對電網運行狀態了然于心，操作有據可循，通過系統優化控制，良好的人機互動及微網并離網切換，實現了電網運行方式快速靈活調整，有效提高了電壓合格率和供電可靠率，解決了高比例新能源投運引起的電壓波動及就地消納問題。

主動配電網的“主動”，主要體現在它可以對有可能出現的危險進行預判，并制定一定的應對策略，最終通過控制中心的有效執行，消除危險。而不是像傳統配電網只能在故障發生后才被動地采取措施。其快速恢復供電技術主要基于配電自動化技術實現故障失電狀態下通過對故障線路聯絡開關及斷路器動作來選擇最優供電恢復路徑。

據了解，在快速定位故障與恢復供電方面，課題提出的基于同步采樣的縱差啟動判據算法，10秒內就實現了配電網分布式電源接入工況下故障定位;采用孤島控制技術，在一分鐘內完成并離網自動切換，真正意義上實現微網與主動配電網互聯互通，開創了微電網參與電網調度運行的新模式;同時，結合孤島控制技術，減小故障停電范圍與停電事件，實現99.99%的供電可靠率。

貼心的“智能電力管家”

據李慶生介紹，“集成可再生能源的主動配電網研究及示范”課題共開發了兩套控制系統，其中，第一套控制系統由主動配電網全局運行決策系統、協同交互控制器、分布式電源控制管理單元及其對應的分布式電源組成，主要作用是實現對網架及分布式能源的有效控制。第二套控制系統由負荷主動管理系統、用戶智能終端、智能控制設備，如智能插座、智能紅外控制器、智能開關，及其對應的控制電器，如熱水器、空調、燈光、電視組成。通過這兩套系統互動聯絡，實現了主動配電網的源、網、荷協同控制和管理。

對于傳統的配電網，你不可能知道用戶的用電行為習慣，而主動配電網卻可以精確地知道這些信息。作為項目課題研究基地，目前貴州電力職業技術學校已經在這方面走在了前面，由于有了課題組專門開發的APP，如今該校的賓館已經可以在其服務平臺上，結合自身實際情況，按照需求選擇用電方案。如果對價格比較敏感，那他們可以將方案設定成節能型，比如在冬季用電高峰期的時候，主動配電系統會將其空調的溫度稍微調低幾度，節約下來的電力可以供給其他對穩定性要求更高的用戶。相應地，選擇節能型的用戶其支付的電價也會相對低一些。同時，主動配電網還可以通過自動采集到的信號，進行數據分析掌握相關信息，為用戶提供最優用電方案。供電企業事先可以將網絡和負荷準備好，提醒用戶在合適的時機選擇用電。用戶可以隨時查詢實時的電價，幫助其調整用電行為，節省電費支出，還可以查詢到周邊分布式電源有哪些，自主選用，實現一定區域內的電力資源最優分配。

“領跑”主動配電網研究領域

“課題研究過程中共申請專利24項(其中發明專利17項)，發表論文52篇，編制企業標準1項，獲得軟件著作權4項;培養博士后3名、博士研究生7名，碩士研究生15名。”李慶生介紹，“我們研究的課題非常前沿，課題示范工程在全國也屬于領先地位，國家科技部高技術研究發展中心在其網站上進行了重點宣傳，同時，2017年CIGREC6中國專家委員會也將在貴陽召開，在全國具有較大的影響力。”為了將課題理論研究成果進一步進行研究和試驗，下一步，課題組將結合示范工程目前已具有的主動配電網主站以及分布式電源條件申報重點實驗室;同時結合現場教學培訓系統適時開設分布式電源及主動配電網相關的教學課程和培訓工作。

“這個項目在核心裝置，應用支持系統，主動配電網的規劃、運行、決策、控制等技術和理論上都有新突破，對促進清潔能源的接入和就地消納，提升能源利用率有重要意義。”國家能源局貴州監管辦公室監管、黨組書記、專員潘軍認為，主動配電網技術成熟后，居民屋頂分布式光伏、小型風機發電、發電機等產生的電量均可輕松“為我所用”。國家“863計劃”課題驗收專家組認為，“集成可再生能源的主動配電網研究及示范”課題的順利通過驗收，無疑為電力行業在未來解決大規模分布式能源接入配電網及我國主動配電網建設提供積極的探索和嘗試積累豐富的經驗。

原標題:“最懂你”的配電網