“源网荷储”多元协调控制平台

完成单位：国网山东省电力公司德州市陵城区供电公司

主要完成人：黄锦铭、费拎恩、张菲菲、刘文静、王冉、赵青、陈宗明、王军、杨硕、王梦娇

一、研发背景

近年来，随着全球电力消耗加剧，化石能源供应不足，光伏发电、风力发电等新能源发电得到了迅速发展，并逐渐从独立的系统向大规模并网方向发展。随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，政府高度重视能源结构优化工作，对可再生能源发电的扶持力度进一步增大。新能源发电的发展在很大程度上缓解了能源危机，但在能源低碳转型过程中，电力系统安全风险持续积聚：

一是新能源具有“大装机、小电量、随机发、波动强”特征，影响负荷预测精度，常规电源开机最小出力限制被突破，含新能源的开机组合规模庞大，典型方式计算难以涵盖电网全部问题，方式安排、日前安全校核工作难度增加。二是新能源控制策略差异化，短路电流具有幅值受限、波形畸变等特点，传统继电保护动作性能下降，继电保护技术体系面临新挑战。三是常规电源发展空间被新能源大规模并网挤占，难以覆盖尖峰负荷需求，而新能源波动性强的特征使其对电网支撑能力不足，整体电力供应存在“软缺口”。四是受新能源“间歇性”发电特性影响，陵城区电网新能源日最大出力波动达13.6万千瓦，造成局部电网同一设备不同时段正向、反向重载并存。

目前新能源发电负荷在电网总负荷的占比逐渐加重，而电网短期负荷预测仍然主要依靠人工综合考虑历史数据、光照、风力等因素后进行上报，气象条件的不确定性导致新能源负荷规律难以把握，致使电网总负荷预测准确率偏低。在这种形势下，迫切需要开发一种新的负荷预测系统对新能源场站的负荷和全网负荷进行精准预测，以便于调度部门合理制定发电的调度计划、安排电网运行方式，对常规电源和新能源发电进行统筹安排、协调配置。

当前电网调度基本采取“源随荷动、只调整集中式发电”的传统调度模式，分布式新能源和储能未纳入调度范畴。随着新能源和储能的快速发展，电网特性日趋复杂，传统的“源随荷动”调度模式已难以为继。建设新型电力系统是大势所趋，而新型电力系统促使调度边界向“源网荷储”多元主体延伸，探索“绿色、经济、安全”的“源网荷储”协同调度模式势在必行。

二、发明团队介绍

发明团队来自国网山东省电力公司德州市陵城区供电公司“匠心”创新工作室，是德州供电公司评选的四星级创新工作室。项目负责人黄锦铭立足实际工作，善于将专业理论、实践经验和技术要领转化为创新项目，致力于工作效率的提升和工作难题的攻克，对推动陵城区供电公司整体生产工作的提升产生了良好的效果。工作室立足于解决生产中遇到的实际问题和管理提升中的瓶颈难题，创新创效成绩斐然，自2016年成立以来获得发明专利5项，实用新型专利11项，软件著作权4项，发表论文40余篇，多项QC获省市公司奖项，多项成果获山东电力创新奖、山东省企业管理现代化创新成果等奖项。

三、成果(专利)简介

建立县域电网“源网荷储”多元协调控制平台，利用物联网、大数据、智能AI等技术，实现电源侧、负荷侧、储能侧等各类可控资源的数据接入、数据处理。采用遗传算法、粒子群算法等多种算法生成多元协调优化调度策略，通过遥控智能并网开关，精准控制县域电网常规能源、新能源和储能资源，有效提高电网的新能源消纳能力和安全运行水平。

1.资源数据汇聚。在分布式新能源、储能装置并网点安装智能开关，实现遥测数据的上传和遥控数据的下达。汇聚陵城电网EMS系统中的各类负荷、地方电厂运行数据及智能开关采集的新能源场站、储能装置运行数据，并应用大数据技术进行数据清洗和数据挖掘，为各类资源的集中调度控制提供数据支撑。

2.打造保护防线，筑牢调控基础。对于在分布式新能源、储能装置并网点安装的大量智能开关，建立配电网继电保护协调配合模型，通过编程实现配网智能开关继电保护定值的快速计算、拓扑图生成以及故障模拟，极大地提高计算效率，同时能够核验计算正确性，尽量缩小故障范围，提高配电网供电可靠性。

利用Simulink中的PSB电力系统模块库创建仿真模型，生成配电网拓扑图，所计算的配电网开关在拓扑图上显示计算出的保护定值和上下级配合情况。然后通过Powergui模块进行故障电流计算，并通过决策树算法显示故障发生时开关保护动作情况。若开关动作均正常，能把故障隔离在最小范围内，则生成相应的算稿和定值单，由现场运维人员执行。

3.开发新能源负荷预测系统，精准预测负荷。针对新能源发电负荷受日照、气温、风力等天气因素影响较大的特点，借助BP神经网络可以拟合任意非线性关系的优势，开发一套基于BP神经网络的新能源负荷预测系统，以合理安排次日发电及储能计划，减少因天气变化造成的“弃风”、“弃光”现象。

4.搭建“源网荷储”多元协调控制平台框架。考虑县域电网中源、网、荷、储互动协调与模型的目标、控制和约束条件，搭建“源网荷储”多元协调控制平台框架，生成多元协调优化调度策略及方案，以实现调峰调压、备用容量协调控制、电网安全校核、新能源消纳最优等目标。

5.开展平台仿真测试，实现“源网荷储”协同控制。借助MATLAB/Simulink平台对“源网荷储”多元协调控制平台模型模型进行仿真测试，实现对新能源、储能、火电等多元调度对象协同控制，包括自动控制或者人工批量控制，探索电网自平衡和自持能力，达到新能源功率消纳最优的目标，促进清洁能源消纳，提升电网安全稳定运行水平。

创新点一：研发了一套基于BP神经网络的新能源负荷预测系统，依托目前精准到小时的天气预报，对每个整点的负荷都构建一个单独的BP神经网络。充分考虑训练时间和精度，对天气、气温、风力、湿度进行量化处理，用天气因素和历史负荷对该网络进行训练，将次日此整点的天气因素输入到训练好的网络中，可以得到此整点负荷预测数据。汇总所有整点负荷预测数据，得到次日全天负荷预测数据。此系统可有效将新能源负荷预测准确率从85%提高到90%以上。

创新点二：建设“源网荷储”多元协调控制平台，开展源网荷储资源互动响应。其中，“源网荷储”模型中目标函数、约束条件、核心算法及控制策略均可由调控人员按照实际需求选择，保证电网在真实运行场景下，可以灵活达成新能源消纳最优、减少电网峰谷差、避免功率倒送等目标。

本项目已取得如下成果：

2022年3月获得一项发明专利《一种基于Simulink仿真的配电网三级保护整定计算方法》，专利号：ZL 2021 1 0088910.X，为本成果的核心专利。

一项发明专利受理《一种基于BP神经网络的新能源场站发电负荷预测方法》，申请号：202110436320.1。

两项软件著作权《配电网三级保护整定计算系统》，登记号：2021SR0278967；《基于BP神经网络的新能源负荷预测系统》，登记号：2021SR1505804。

一篇论文《基于BP神经网络的新能源发电负荷预测》，发表于《商业故事》CN 50-1185/F。

已取得山东省科学技术厅查新报告，报告编号：202215310713。

四、成果（专利）转化情况介绍

自2020年1月国网德州市陵城区供电公司、齐河县供电公司、宁津县供电公司三个县公司实施县域电网“源网荷储”多目标协同调度体系以来，220kV主变的日负荷预测偏差均可控制在10MWh以内，预测准确率平均提升至96%以上，为电网调度人员安排常规电源与新能源场站协调提供了有效依据，给电网运行带来了显著的安全效益和经济效益。通过Simulink仿真实现调度对象保护定值的快速计算及故障模拟，跳闸率下降30%以上，有效筑牢保护防线。

陵城区公司始终坚持把建设“源网荷储”协同调度体系作为一项重点工作任务，本成果2021年被国网德州供电公司列入年度管理创新重点推广成果名单。

五、经济效益与社会效益介绍

经济效益：本成果构建了精准、精确的需求响应交互及执行机制，在真实运行场景下灵活达成新能源消纳最优、减少电网峰谷差、避免功率倒送等目标，以同期负荷估算，减少弃风、弃光电量3093.2万千瓦时，增加售电收入约1945.1万元；新能源消纳率从86.3%提高到96.6%，实现了运营的经济性和新能源消纳的最大化；峰谷差下降20MW至30MW，有效达到削峰填谷的作用，满足供需平衡；系统电压合格率可达100%，有效支撑了系统电压水平，提高系统运行的安全性和可靠性。

社会效益：陵城区供电公司主动应对高比例新能源接入挑战，积极开展县域电网“源网荷储”多目标协同调度体系构建工作，大幅提高了电网对新能源的消纳能力，同时强化了系统防御能力，实现“源网荷储”多元协调优化调度，全力保障电网安全稳定运行和电力供需平衡。本成果全面改进和提升了新能源大规模并网形势下县域电网的安全稳定运行水平、资源优化配置能力和清洁能源消纳能力，并通过不断的梳理和改进，形成了统一的、完整的、系统的管控体系，形成长效常态的良性机制，在供电系统中具有较好的推广应用价值。