貴州黔源電力股份有限公司集控中心 張顯 胡毅 南京河海南自水電自動(dòng)化有限公司 劉艷娜

1 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，“十四五”推動(dòng)大型流域梯級(jí)風(fēng)光水多能互補(bǔ)清潔能源示范基地的建設(shè)，形成類型、規(guī)模、外送方式各異的大規(guī)模多源多網(wǎng)混合發(fā)電系統(tǒng)，具有不確定性、復(fù)雜異構(gòu)并網(wǎng)、跨流域跨電網(wǎng)互聯(lián)等全新特點(diǎn)和復(fù)雜要求。研制應(yīng)用于大型流域級(jí)水電與新能源互補(bǔ)控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮多能源間互補(bǔ)效益，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，解決多能互補(bǔ)系統(tǒng)在發(fā)電預(yù)測(cè)、電力電量互補(bǔ)調(diào)度運(yùn)行和集成監(jiān)控等方面的科學(xué)難題和技術(shù)瓶頸，對(duì)我國(guó)多能互補(bǔ)清潔能源基地建設(shè)和發(fā)展具有重要意義。

於益軍等[1]研究設(shè)計(jì)風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的總體建設(shè)方案、關(guān)鍵技術(shù)、主要功能，并應(yīng)用于國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程。葉林等[2]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)合多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，構(gòu)建基于互補(bǔ)系數(shù)將分系統(tǒng)評(píng)價(jià)與聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)評(píng)價(jià)相結(jié)合的風(fēng)光水互補(bǔ)特性的指標(biāo)評(píng)價(jià)框架。徐錦才等[3]研究發(fā)現(xiàn)，以水、風(fēng)、光多能互補(bǔ)分布式供電試驗(yàn)平臺(tái)為依托，通過(guò)仿真模擬和試驗(yàn)對(duì)比，研究基于水電的多能互補(bǔ)分布式供電技術(shù)?？当举t[4]研究發(fā)現(xiàn)龍羊峽水光互補(bǔ)項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)部分研究成果。另外也有學(xué)者研究智能電廠云控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)風(fēng)光測(cè)功率輸出，通過(guò)實(shí)時(shí)滾動(dòng)優(yōu)化預(yù)測(cè)水電就在調(diào)度策略，保證綠色能源互補(bǔ)發(fā)電的魯棒性和并網(wǎng)消納程度。

流域級(jí)水光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有地域分散的特點(diǎn)。不同水電站之間相隔一定距離，廠區(qū)分散，不便于指揮生產(chǎn)。各個(gè)電站開(kāi)發(fā)方式、布置形式、機(jī)組型號(hào)和容量不同，使得生產(chǎn)技術(shù)管理復(fù)雜化。光伏電站同樣具有較廣的分布面積，因設(shè)備、光照、氣候、環(huán)境的不同，各子系統(tǒng)發(fā)電情況也不同。流域級(jí)水光互補(bǔ)系統(tǒng)一般將光伏電站接入水電站，經(jīng)水電站進(jìn)行波動(dòng)平抑后形成穩(wěn)定電能經(jīng)水電站送出線路接入電網(wǎng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

一是分層分布、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)：便于功能和硬件的擴(kuò)充，滿足多個(gè)水電站、光伏站及相應(yīng)的內(nèi)部各種子系統(tǒng)模塊的接入要求，設(shè)置成熟、可靠的標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件接口。

二是可靠性，系統(tǒng)采用全冗余雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)（A/B網(wǎng)），使用技術(shù)成熟的產(chǎn)品，精度高、可靠性高、性能穩(wěn)定，不會(huì)因個(gè)別設(shè)備或系統(tǒng)故障造成整個(gè)系統(tǒng)主要功能的誤動(dòng)或崩潰。

三是標(biāo)準(zhǔn)化，遵循國(guó)家頒布的最新的有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)定，遵循相關(guān)行業(yè)的法規(guī)、規(guī)程。

四是可維護(hù)性，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，易于維護(hù)和擴(kuò)展。

五是易學(xué)易用性，整個(gè)系統(tǒng)使用全中文化的設(shè)計(jì)，友好的圖形化界面，管理員可以很容易地掌握系統(tǒng)使用方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理和配置。

六是容錯(cuò)性強(qiáng)，具有較完備的錯(cuò)誤處理能力。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

流域集控中心水光一體聯(lián)合控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 流域集控中心水光一體聯(lián)合控制系統(tǒng)

包括水電站、光伏電站。光伏電站接入水電站集控中心，用水電資源的調(diào)節(jié)性能優(yōu)化光伏發(fā)電，為電網(wǎng)提供更優(yōu)質(zhì)的電能。圖1中粗實(shí)線表示電流流動(dòng)方向，梯級(jí)水電站和光伏電站將電力送入電網(wǎng)。細(xì)實(shí)線表示梯級(jí)水電站、光伏電站、上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)和水光聯(lián)合控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息流動(dòng)方向。

水光一體化聯(lián)合控制系統(tǒng)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)接入氣象站觀測(cè)信息、數(shù)值天氣信息、水情預(yù)報(bào)信息以及光伏站、水電站發(fā)電信息等場(chǎng)站全景信息，進(jìn)行綜合分析和處理，向各場(chǎng)站發(fā)布發(fā)電調(diào)度控制信息，實(shí)現(xiàn)水光聯(lián)合發(fā)電的實(shí)時(shí)監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度、功率預(yù)測(cè)等功能。

2.3 功能設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)模式中水電、光伏控制系統(tǒng)相互獨(dú)立、無(wú)法共享信息數(shù)據(jù)，難以滿足聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)維需求和精細(xì)化管理要求。流域集控中心水光一體聯(lián)合控制系統(tǒng)基于一體化設(shè)計(jì)原則，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度水電、光伏發(fā)電的功率輸出發(fā)揮水光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，有效改善光伏發(fā)電的間歇性、波動(dòng)性等特性并提高發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)。水光一體聯(lián)合控制系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視、功率預(yù)測(cè)、有功/無(wú)功控制、發(fā)電預(yù)警等功能。

流域集控中心水光一體聯(lián)合控制系統(tǒng)根據(jù)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字化、智能化相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研制，由數(shù)據(jù)服務(wù)、基礎(chǔ)服務(wù)、基本應(yīng)用等部分構(gòu)成，為設(shè)備或系統(tǒng)接入以及應(yīng)用組件運(yùn)行提供標(biāo)準(zhǔn)接口、數(shù)據(jù)管理以及人機(jī)接口定制，支持結(jié)合工程需要，進(jìn)行應(yīng)用功能的定制開(kāi)發(fā)與完善，構(gòu)建水光一體聯(lián)合控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、集中管控與協(xié)同互動(dòng)的軟硬件平臺(tái)。

2.4 網(wǎng)絡(luò)層次設(shè)計(jì)

系統(tǒng)依托水電控制系統(tǒng)架構(gòu)，采用分層分布式冗余結(jié)構(gòu)，不同功能分布于各層次，各層間“安全分區(qū)，網(wǎng)絡(luò)專用，橫向隔離，縱向認(rèn)證”，各類數(shù)據(jù)流互不干擾、各層故障不會(huì)影響其他層次功能運(yùn)行，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性、可維護(hù)性。流域水電站群和光伏電站群統(tǒng)一設(shè)置域級(jí)一體化集控中心，管理下屬水電站和光伏電站。集控中心下設(shè)場(chǎng)站級(jí)、現(xiàn)地級(jí)和現(xiàn)地控制單元、分層分布式部署不同功能組件、軟硬件體系等，通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)和數(shù)據(jù)總線，實(shí)現(xiàn)區(qū)域級(jí)對(duì)廠站級(jí)、現(xiàn)地級(jí)和現(xiàn)地控制單元的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)反饋。區(qū)域級(jí)集控中心采用千兆以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，配置各水電站、光伏電站子網(wǎng)接入。流域集控中心設(shè)置水光互補(bǔ)優(yōu)化調(diào)度模塊，根據(jù)電調(diào)任務(wù)統(tǒng)籌規(guī)劃水電、光伏負(fù)荷分配。

2.5 數(shù)據(jù)集成

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外有多種異構(gòu)、互不兼容的水光監(jiān)控系統(tǒng)，使調(diào)度中心難以及時(shí)掌握發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并及時(shí)響應(yīng)、制定和實(shí)施調(diào)度決策。

流域梯級(jí)水光一體化系統(tǒng)針對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控專業(yè)領(lǐng)域所需的設(shè)備、數(shù)據(jù)建立模型，形成標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定、唯一的數(shù)據(jù)表示和訪問(wèn)路徑，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化模型庫(kù)。構(gòu)建多系統(tǒng)全景狀態(tài)數(shù)據(jù)集成方法，包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一編碼，建立基于冗余校驗(yàn)、狀態(tài)關(guān)聯(lián)、延時(shí)聚類的數(shù)據(jù)清洗策略?；诠r和事件牽引的設(shè)備和功能交叉的多層次、多來(lái)源數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集成。根據(jù)數(shù)據(jù)不同時(shí)間尺度及功能、用途對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性存儲(chǔ)。

水光一體聯(lián)合控制系統(tǒng)對(duì)互補(bǔ)系統(tǒng)全景數(shù)據(jù)同步、交換、對(duì)外通信、模型等進(jìn)行統(tǒng)一管理，集中進(jìn)行備份、審計(jì)、日志，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，進(jìn)而保證應(yīng)用功能高效、穩(wěn)定運(yùn)行。利用不同管理區(qū)的數(shù)據(jù)中心與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)源共享，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息互動(dòng)、綜合監(jiān)控、智能決策等應(yīng)用。共同在數(shù)據(jù)集中、模型集中、信息集中的基礎(chǔ)上，通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)、各專業(yè)的專家對(duì)產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，利用分析模型、數(shù)據(jù)挖掘等先進(jìn)技術(shù)，提供設(shè)備信息管理、多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、智能告警應(yīng)用等多個(gè)智能高級(jí)應(yīng)用，為生產(chǎn)運(yùn)行提供輔助決策。實(shí)現(xiàn)水光發(fā)電系統(tǒng)信息的統(tǒng)一采集和處理，同時(shí)采用可視化技術(shù)，為聯(lián)合控制系統(tǒng)提供包括測(cè)點(diǎn)、設(shè)備、系統(tǒng)、區(qū)域等不同層層次、不同分區(qū)的全方位多視角呈現(xiàn)，滿足控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 運(yùn)行監(jiān)視

系統(tǒng)利用層次分明的多主題窗口和可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水光互補(bǔ)系統(tǒng)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的全景展示與分析。系統(tǒng)精準(zhǔn)采集、匯聚來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水情自動(dòng)化系統(tǒng)、大壩自動(dòng)系統(tǒng)、光伏功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、水電/光伏故障診斷系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的有效“生產(chǎn)大數(shù)據(jù)”，將測(cè)點(diǎn)、設(shè)備、區(qū)域、系統(tǒng)與工況、事件、時(shí)間相關(guān)聯(lián)，完成由點(diǎn)到過(guò)程的全方位監(jiān)控。

系統(tǒng)具有功能完備的智能告警策略配置功能、形式多樣的報(bào)警方式。系統(tǒng)將諸如線路中斷、測(cè)量超限、控制異常、狀態(tài)異常等事故統(tǒng)一上送到報(bào)警平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本處理后，根據(jù)報(bào)警策略完成智能分級(jí)報(bào)警，按照預(yù)定通知策略采用OnCall通知或廣播指令系統(tǒng)即時(shí)通知到對(duì)應(yīng)的責(zé)任人并形成報(bào)警記錄。

系統(tǒng)對(duì)水光互補(bǔ)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的全景監(jiān)視與完備的報(bào)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠測(cè)量、控制、保護(hù)等基本功能，確?；パa(bǔ)系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效。

3.2 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制

對(duì)通過(guò)水電送出線路實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)的梯級(jí)水光互補(bǔ)系統(tǒng)，將光伏電站作為水電站的一臺(tái)不可調(diào)節(jié)、不穩(wěn)定出力的機(jī)組或電站，利用EDC、AGC 系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)其他可控水電站和水電機(jī)組，達(dá)到“削峰填谷”“平滑出力”“經(jīng)濟(jì)運(yùn)行”的目的，提高互補(bǔ)系統(tǒng)電能質(zhì)量。

水光互補(bǔ)系統(tǒng)AGC有光伏發(fā)電最大出力、跟蹤調(diào)度計(jì)劃兩種運(yùn)行策略。光伏發(fā)電最大出力不限制光伏發(fā)電的功率輸出，僅在影響電網(wǎng)安全時(shí)進(jìn)行緊急控制。跟蹤調(diào)度計(jì)劃是水光互補(bǔ)聯(lián)合控制系統(tǒng)根據(jù)上級(jí)調(diào)度要求實(shí)時(shí)調(diào)度光電和水電出力，使系統(tǒng)總輸出功率盡可能接近計(jì)劃值、以滿足電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃優(yōu)先。

EDC 系統(tǒng)主要對(duì)梯級(jí)水電站進(jìn)行調(diào)度。在光伏出力之外，調(diào)節(jié)各級(jí)水電站、機(jī)組負(fù)荷以最經(jīng)濟(jì)的方式提供剩余電力，保障系統(tǒng)滿足調(diào)度要求。EDC系統(tǒng)綜合考慮光伏發(fā)電預(yù)測(cè)、水庫(kù)調(diào)度、機(jī)組容量、機(jī)組運(yùn)行工況(汽蝕區(qū)、震動(dòng)區(qū))、機(jī)組耗量特性等多方面因素，遵循避開(kāi)震動(dòng)區(qū)、不頻繁跨域震動(dòng)區(qū)、盡量少調(diào)功率范圍、預(yù)先定義機(jī)組有功調(diào)節(jié)步長(zhǎng)等策略調(diào)節(jié)水電站機(jī)組有功，將水電站和光伏電站總負(fù)荷維持在調(diào)度給定的目標(biāo)負(fù)荷。

4 結(jié)語(yǔ)

本文完整介紹流域集控中心水光一體聯(lián)合控制系統(tǒng)，涵蓋系統(tǒng)架構(gòu)、軟件功能、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)集成和系統(tǒng)應(yīng)用等方面內(nèi)容，各功能模塊之間的性能穩(wěn)定、運(yùn)行流暢，系統(tǒng)易于拓展、使用方便、功能實(shí)用，促進(jìn)了流域級(jí)水光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的提升和水、光資源的充分利用。

水光互補(bǔ)一體化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)視與協(xié)調(diào)控制。通過(guò)水電系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，不僅有效減小了光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊和影響，而且提高電網(wǎng)對(duì)大規(guī)模新能源的接納能力，對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展和調(diào)度控制的智能化建設(shè)具有重要意義。