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基于全景量测的聚合电网概念、调控方法及其应用

更新时间：2019-12-30 15:15:02 大小：2M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：聚合电网 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

随着可再生能源发电大规模并入电网发输配用各个部分,为使源网荷在频率限定范围内最大限度地消纳可再生能源有功发电,需对其运行调控实施全局统筹.为此,在电网全景过程化量测条件下给出聚合电网调控方法.提出聚合电网、可观测点、可观测点的观测函数和调控函数的概念,在此基础上,给出聚合电网性能指标,提出可观测点、可观测点的观测函数和调控函数之间的互动关系,实现聚合电网渐进调控机制.在线调控算例对所提方法进行了验证.


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第 39卷 第 10期  
2019年 10月  
Vol.39 No.10  
Oct.2019  
电 力 自 动 化 设 备  
ElectricPowerAutomationEquipment  
ꢁ
基于全景量测的聚合电网概念、调控方法及其应用  
郝广涛1，韩学山2，林振衡1，郭晓君1，张友泉3，张学清4  
（1.莆田学院 新能源装备检测福建高校重点实验室，福建 莆田 351100；  
2.山东大学 电网智能化调度与控制教育部重点实验室，山东 济南 250061；  
3.国网山东省电力公司，山东 济南 250061；4.国网烟台市供电公司，山东 烟台 265400）  
摘要：随着可再生能源发电大规模并入电网发输配用各个部分，为使源网荷在频率限定范围内最大限度地消  
纳可再生能源有功发电，需对其运行调控实施全局统筹。为此，在电网全景过程化量测条件下给出聚合电网  
调控方法。提出聚合电网、可观测点、可观测点的观测函数和调控函数的概念，在此基础上，给出聚合电网性  
能指标，提出可观测点、可观测点的观测函数和调控函数之间的互动关系，实现聚合电网渐进调控机制。在  
线调控算例对所提方法进行了验证。  
关键词：全景过程化量测；聚合电网；可观测点；观测函数；调控函数  
中图分类号：TM761  
文献标志码：A  
DOI：10.16081/j.epae.201908026  
平在电网整体最优层面上的统一监测和调控提供技  
0
引言  
［4］  
术基础 。  
发电与负荷随时间不断发生周期性变动，使电  
目前，针对可再生能源发电并入电网后输配不  
力系统面临有功输电和节点电压水平的安全监测以  
及发电有功功率和电压的调度与控制（简称调控）问  
分产生的“双向流”问题，“区域自律与集中统筹”的  
［5］  
调控策略已成为国内外专家学者的共识 ，如文献  
［1］  
题 。当今，随着节能减排、能源洁净化政策的不断  
［6-8］从电网分级、分区的角度，提出区域调度中心  
分散自治、区域之间由上级调度中心协调调控的方  
法；文献［9-11］从算法的角度，论述集中式调控方法  
无法适应智能电网的需求，提出将增广拉格朗日函  
数法、交替方向乘子法和一致性算法应用于分散式  
调控领域；文献［12-14］从主动配电网、微网、虚拟电  
厂等角度，提出电、气、风、光、储、冷、热等协调优化  
调度模型，以实现区域资源互补。  
推进和实施，可再生能源发电以集中、分布的形式不  
断地并入电网，使监测尤其是调控出现了“双向流”  
［2］  
等新问题 ，更加剧了监测和调控的难度。  
为了最大化利用可再生能源发电，必须统筹发、  
输、配、用等各级电网，因此未来电网无论是超前的  
决策（如机组组合、超前调度）还是在线控制（在线调  
控等）都必须实施全局统筹，理论上而言，传统分离  
方式失效（即传统发输配用分层、分级调控时，将上  
层、上级等效为电源，同时将下层、下级等效为负荷  
的分离方式。这种方式属于传统静态的调控方式，  
没有考虑配电网、用户侧存在大量波动的可再生能  
源发电而成为电源的可能性）。在 GPS的基础上，由  
同步相量测量单元 PMU（PhasorMeasurementUnit）  
引导的电网广域量测系统 WAMS（Wide-AreaMea-  
但目前鲜有文献在电力系统大数据环境下应用  
人工智能手段，从发输配用电网统筹层面上研究分  
散协调的调控方法。为此，本文在前人研究的基础  
上，在电力系统运行状态全景过程化可观测条件下，  
从最基本的概念出发，提出聚合电网分散、聚合电网  
间协调的统筹调控构架，并以单层聚合电网为例，对  
其在线调控应用予以验证。  
［3］  
surementSystem）的完善和普及 ，可实现电力系统  
1
电网拓扑、全景观测信息及全局统筹调控  
之间的关系  
运行状态全景过程化可观测，形成具有时间标签的  
电网运行状态数据，从而为实现有功功率和电压水  
1.1 电网拓扑与全局统筹的关系  
收稿日期：2019ꢀ03ꢀ01；修回日期：2019ꢀ06ꢀ20  
基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目  
（2013CB228205）；国家自然科学基金资助项目（51477091）；  
福建省自然科学基金资助项目（2018J01557）；莆田学院科研  
资助项目（2018087）  
拓扑分析是电网能量管理系统的基础，是潮流  
计算、安全分析、运行控制等的前提。因此，要实现  
电网全局集中统筹，必须已知电网拓扑（涵盖传统发  
输配用等级电网）。  
ProjectsupportedbytheNationalBasicResearchProgramof  
China（973Program）（2013CB228205），theNationalNatural  
ScienceFoundationofChina（51477091），theNaturalScience  
FoundationofFujianProvince（2018J01557）andtheScientific  
ResearchFoundationofPutianUniversity（2018087）  
然而，电网全局拓扑信息是分散管理的，由此笔  
者在文献［15］中给出了电网全局拓扑的形成方法。  
1.2 全景观测信息与全局统筹的关系  
随着能源互联网的建设发展，WAMS已经逐步  
ꢂ
第 39卷  
电 力 自 动 化 设 备  
实现了电网全景可观测。随着电网过程化的运行，  
积累了电网全景过程化运行状态大数据，在此基础  
上，可利用人工智能相关方法推演电网未来的调控  
方式。  
聚合电网，如附录A中图A4所示（其他聚合电网略）。  
2.2 可观测点  
厂站与某一电压等级输电线路直接连接的节点  
称为可观测点。可观测点一定存在于厂站之中。由  
拓扑分析可知［15］，厂站拓扑由发电机组、变压器、断  
路器、隔离开关等一次设备构成。某一厂站的可观  
测点数与其拓扑分析的连通状况有关，可观测点数  
与连通片（连通片由厂站内无阻抗元件直接连接形  
成）数量相同。  
然而，这些全景观测信息是以电网拓扑为基础  
形成的，其管理方式与电网拓扑相同，是按电压等级  
分散管理的，由此，电网统筹调控也应具有相同的  
方式。  
因此，从本质上而言，电网拓扑、全景观测信息  
以及电网全局统筹调控方式是一致的，均属于分散  
协调的管控方式。  
例如，对于图 1所示的某电压等级的电力系统  
一次接线图，经过拓扑分析可得图 2所示结果。从  
图 2中可以明显看出，3个厂站均仅存在 1个连通  
片，因此，该简单电力系统存在 3个可观测点。  
2
聚合电网及可观测点  
为了清楚地论述电网全局拓扑与全景观测信息  
之间的关系，并为实现电网调控提供基础，本文提出  
聚合电网和可观测点的概念。  
2.1 聚合电网  
电力系统是由若干电压等级的输配环节通过厂  
站和输电元件有机构成的整体。在广域量测环境  
下，各节点以及各输电线路的电压、电流及其相位均  
可观测，则可按电压等级由高到低排序，将厂站视为  
聚集到与其直接相连的输电线路一端的一个虚拟  
点，称为聚合厂站。  
在某一电压等级下，若干聚合厂站及其直接连  
接的输电线路所构成的电网就称为聚合电网。由  
此，电网全局拓扑由一个立体树状的若干个聚合电  
网组成。  
图1 某电力系统一次接线图  
Fig.1 Primary electric wiring diagram of  
a power system  
对于聚合电网间起联络作用的厂站，其聚集有  
对上和对下的双重性（联络厂站存在多个可观测点，  
分别与一个聚合电网直接连接，从而联络多个聚合  
电网，是多个聚合电网协调的重要参量。深入的问  
题本文暂不讨论，将在后续论文中予以阐述），即每  
个聚合电网应该包容全方位信息，不同聚合电网虽  
然分离，但具有广域性。  
例如，对于附录 A中图 A1所示的电力系统一次  
接线图，经过拓扑分析后得到附录 A中图 A2所示结  
果。由图 A2可见，其包含多个电压等级，其中 500  
kV电压等级电网由 1号站、2号站及其之间的一条  
输电线路组成。根据聚合厂站的定义，若节点 4能  
够解析地表达 1号站的特性，可以认为 1号站聚合至  
节点 4，节点 4可以认为是一虚拟节点。对于 2号站  
而言，其节点 5和节点 6分别与 500kV电压等级电  
网和 220kV电压等级电网连接。对于 500kV电压  
等级电网而言，根据聚合厂站的定义，若节点 5能够  
解析地表达 2号站的特性，节点 5可以认为是一虚拟  
节点。则由虚拟节点 4、5及其之间的一条输电线路  
就组成了 500kV电压等级的聚合电网，如附录 A中  
图 A3所示。依此类推，可形成 220kV电压等级的  
图2 拓扑分析结果  
Fig.2 Results of topology analysis  
3
可观测点的观测函数和调控函数概念及  
抽象表达  
在聚合电网、可观测点概念的基础上，通过广域  
量测可以获得电网过程化运行状态。通过人工智能  
方法可以推演主动量与被动量之间的关系，实现电  
网的渐进调控。对此，本文提出可观测点的观测函  
数和调控函数。  
3.1 可观测点的观测函数  
在广域量测环境下，通过在各厂站配置的 PMU  
可以实时获得可观测点的电压和输电线路电流，这  
些信息的历史轨迹就是电网真实的广域过程，是电  

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