[ 導讀 ] 2014年3月31日，《2014全球智能電網建設分布式能源及技術儲備展覽會暨高峰論壇》在國家會議中心舉行，在下午舉行的主題為“智能變配電與電能測量管理”的演講環節。

        2014年3月31日，《2014全球智能電網建設分布式能源及技術儲備展覽會暨高峰論壇》在國家會議中心舉行，在下午舉行的主題為“智能變配電與電能測量管理”的演講環節。北極星電力網整理清華大學電機工程與應用電子技術系教授，博士生導師，IEEE Fellow，CSEE高級會員張伯明演講，他演講主題是智能配電網態勢感知可視化建模與系統開發。全文內容如下：

        張伯明：大家下午好，今天我想介紹一下關于智能電網的能量管理和運行控制。這個題目的特點是要實現源網負荷，電網能量管理與運行控制需要有一個控制中心，對整個系統的各個環節進行調度和控制，這是大家都很熟悉的，他也是我們電力系統的一個指揮中心和大腦。隨著智能電網的比較，隨著電網的發展，我們有大量的間歇式的、隨機性的可再生能源發電接入電網，還有大量的分布式的電動汽車，還有各種主動負荷接入我們的配電網，這樣我們在電網的兩端，發端、售端都發生了變化，特點是間歇性和隨機性。把這樣一些特點發電和負荷連接在一起，有可能把他們之間協調起來，達到協同的效果，這是我們考慮的一個新變化。

        傳統的電網調度控制是集中式的，這種模式在智能電網的環境下將遇到困難，面臨了挑戰。我們就需要采用一些新的技術，新的調度控制方法來使得源網荷達到協調，做到這樣一件事有三方面工作，第一個源荷發生了變化，不確定性進去了，他要使自己得到自治，沒有上級的調度自己也運行的很好。另外通過有一個電網控制的EMS，要進行適應這樣一個新結構。在這種情況下，我們才能夠最大化的消納間歇性的可再生能源發電和電動汽車這樣的一些負荷。

        剛才講的，我們傳統的調度控制手段是不是還行，我們來看一看。這是調度中心，這是各個地方的電網，傳統EMS信息都是集中式的，一個問題出問題，可能導致系統出問題。現在面臨信息量巨大風電廠幾百臺風機，負荷信息量很大，決策要馬上做下去。在這種情況下集中式就不行了，用什么樣的模式呢?分布自治和集中協調的模式，意思是在各個地方都有一些自治體，自治體每一個都有自己的EMS進行控制，達到自律。在控制中心有集中協調機制，對自治體協調，達到全網的協調。使得我們電網智慧無處不在，最后一個就是從源、網、荷各個方面都有EMS，組成了EMS家族，通過協調互動達到整個源、網、荷的協調，這是新型的，不是傳統的EMS。

        我們就看一看它對電網有什么變化?我們需要做哪幾件事呢?知道這是電力系統，這是調度控制中心，要做幾件事呢?四件事，實時建模，對電網要看、想，進行有功調動，無功電壓控制。實時建模怎么建?過去集中式的，建模完成后發下來，現在這種是怎么建模?要用分布式建模，分布式建模在變電站這一側變成變電站和控制中心也建模這樣的模式，這是一個變電站，傳統的變電站把信息送到調度中心，送上去部分信息，實際上變電站有大量信息，信息的冗余度很高，比如說二分之三接線的變電站，控制中心兩個，變電站21個電壓，利用這21個電壓量測很準，進行數據處理，把處理后的結果送到控制中心。

        對控制中心怎么辦?也是一種建模，剛才講的是變電站的建模，這個建模有一個例子，這是華東電網調度中心，有40個50萬的變電站，我們采用變電站的建模估計，不良數據下降了一個數量級，開關錯誤下降了一個數量級，采用這樣的辦法很多不良數據在變電站解決了，過去做不到。

        控制中心要建模，怎么建模?大家知道電網是一個整體，對電網控制分別獨立進行，各個省有各個省的領導，各個地區有各個地區的領導，他做他該做的事兒。各個地區的電網把模型送到上級電網的調度中心，把調度中心把電網合成一個電網進行整個分析，在上面做全網的分析。這個地區做它的分析怎么做?這個電網是這個樣子，全局是這樣子，他是一個去不，對他做分析就少了這一塊，就把上級電網中心把這一塊拿出來進行等值，等值后的結果發到下面，這樣你在這里做的分析和這里做的分析是一樣的，這就叫做一種協調的機制，在控制中心也要建模，采用一種協調的機制。

        第二個問題剛才講了第一建模，第二是分析。分析過去是集中式分析，現在是分布自治分析，我們看變電站做了什么分析?過去做的是數據轉發，現在做數據處理、狀態估計，智能報警，故障診斷，這是過去沒有的。現在它把這些做完了以后，變電站把處理好的數據送到調度中心，過去是靜態分析，用手工做，現在做在線的動態分析，要在線的做代數方程組的解，云計算會派上用處。

        另外是多目標的綜合預警，因為有各種各樣的事，靜態、保護、電壓穩定的信息各式各樣的，哪一個錯了都不可以，把這些分析完了以后，綜合的給你一個結論，這個系統是安全的還是不安全的，這樣既有微觀，又有宏觀，這是我們在分析方面要發生的變化。

        第三個就是有功調度控制，這是我們調度日常做的具體工作，非常非常重要，經常要做的，保持頻率、穩定，保持共和隨時平衡。在有功調度控制里面我們在智能電網里面由于大量的風量接進來了，間歇性和預報就有問題，比如說有10%的誤差就很好了，可能有20%、30%，預報不準調度就不行，我們怎么應對?傳統方法是今天做明天的，明天24小時發電機怎么做。到了明天負荷發生變化了，實際不是那個負荷了，發電機和那個負荷不平衡了，就要通過AGC控制調整。但是它不足以調整這些，就達不到要求了，這是我們的傳統做法。

        現在有了高滲透的接入，使得這個問題更加困難了，就采用這樣一個辦法，在日前和實時控制之間加一個滾動計劃和實時角度，這是4個小時提前這個是15分鐘提前，通過滾動預測，4小時預測的誤差就小多了，15分鐘預測誤差就更小了。在這樣一個比較小的情況下做的決策很準確，彌補提前24小時做的誤差逐漸見效，使得達到實時控制游刃有余。

        這個思想我們在吉林電網得到一個應用，這是有27個風電廠，裝機容量三百萬，相當大。最大負荷36最小負荷62，占62這么大的風。這樣怎么辦呢?由于風力太大了，只能大量的棄風，過去是16的棄風，變成了4.5%的棄風，達到了效果和效益。

        最后一個問題跟大家探討一下無功電壓控制，這是電網控制當中非常重要的問題。我們現在在智能電網下電量風電接入了，電壓波動非常大，問題非常大。宏達風場2012年3月是220KV母線電壓曲線，電壓波動達到兩秒鐘5KV，如果不采取自治控制，電網運行是很成問題的。怎么辦呢?還是用分布自治，集中協調的思想控制，不是傳統的EMS。兩級AVC，在控制中心設置EMS，在火電、風電都設置，比如說風電廠對電網很友好，控制中心把下屬的電廠當做一個代理或者目標下命令，每個電廠是自治的控制，上面進行協調，這叫分布自治、集中協調這樣一種模式。

        我們就會在風電廠建立EMS，過去一二百臺是零散的，現在風電廠是電網，通過線路接入是大量風機的電網，對它要進行建模。大家想一想風電廠不是看中每臺風機，每個上面都有建模，這是風機經過饋線接入，我們可以看到各個電壓的分布，最后看到潮流的分布，最后匯集到匯集點上。

        而這個我說的風電廠它是一個自治體，本身有一個EMS做這個事情，所以說它就像一個連隊的連長，把一百個人管好，司令部知道一百人干什么，就知道連長，我把這個事做好，但是司令給我命令這個連怎么做，哪幾個人到哪里去就不管了。

        這是宏達，這是壩頭風電廠，兩個風電廠很近，在半夜的曲線沒有什么問題，宏達電廠這是控的，這是沒控的，波動電壓很低，受控是波動小，電壓有了很大的提高，避免了電壓低到一定程度產生拖網。控制中心怎么做?這是風電匯集區有EMS，里面有風電廠，和其他的廠站進行協調，這就組成了自治協調的機制。這是一個例子，還是河北的北部，張北。協調點，這個是沽源地區，風電裝機三百萬，日發電是一百萬，21個風電廠控制，協調點在張家口。張家口調度作為一個協調中心，對21個下命令，經過這樣一種協調和自治的控制，會產生這樣一個漂亮的效果。藍顏色的就是沒有采用這個控制的，紅顏色的就是采用控制的，這是沒有控制的，這是有控制的，時間差不多是一年，沒有控制和控制的差一年，但是一看效果還是很明顯的。

        我講的故事就是這么一個故事，智能電網下有大量的可再生能源接入了，電動汽車接入了，引入了大量的不確定性和間歇性，我們怎么辦?但是他們又接到電網里面，我們要通過源和荷的協調最后達到系統的協調。

        我們通過分布自治，采用各種各樣的EMS，每一個風電廠是EMS，火電、變電、風電都有EMS，司令不下命令我也把隊伍管好。達到源荷本身的自治，通過集中協調，來達到源網荷的協調，最后達到建立EMS的家族，風電廠有，太陽能光伏、電動汽車、火電廠都有，通過一個司令建立。這個家庭達到的效果就是源網荷的協同，這就是未來EMS的結果，分布自治，集中協調，通過這樣的方式使得能量和運行控制達到新的結構，也是我們未來EMS的架構，這個架構可能需要若干年才能逐漸實現。謝謝!

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