2014年国际大电网会议学术动态系列报道-系统运行与控制技术
DOI：10.7500/AEPS20150403003
陶洪铸
2014年国际大电网委员会(CIGRE)第45届年会(通常也称为国际大电网会议)于8月24日-29日在巴黎召开。CIGRE的16个技术委员会之一, 系统运行与控制专委会(SC C2)的研究领域包括电力系统安全经济运行的技术、人力资源和管理机制, 保证电力系统不发生系统瓦解、设备破坏和人身事故的安全条件等内容。重点关注以下方面: 系统及设备的操作与控制, 防止系统超限运行和出现电力短缺, 保障故障快速恢复; 系统的性能评估和标准管理, 电力系统物理完整性的保障措施; 系统分析和安全评估手段的开发与使用; 调度员培训的需求、方法和工具等方面的技术等。SC C2近年来感兴趣的选题包括: 广域监视与控制, 分布式电源、需求响应、存储及负荷行为变化给电网带来的运行冲击, 发电到用电的功率和信息流的双向控制能力, 调度机构对新技术和自动化手段的适应等。
目前SC C2下设8个工作组(WG)。其中, C2.13工作组负责研究电力系统运行中的电压/无功控制; C2.16工作组负责研究分布式电源和可再生能源给控制中心带来的挑战; C2.21工作组负责研究近期电网紧急事件和大停电的教训; C2.22工作组负责研究弹性理论在控制中心安全管理中的应用; C2.23工作组负责研究系统恢复程序与实践; C2.34负责研究21世纪控制中心的能力与要求-功能和人力资源部分; C2.35工作组负责研究调度员运行业绩、培训目标和行为测评; C2/C5.05工作组负责研究调度中心业务的发展与变化。另外, SC C2拟成立“输配电运行的相互影响及配电网的辅助服务”和“电力系统稳定控制体系框架”2个新工作组, 其中“电力系统稳定控制体系框架”工作组由南瑞集团公司(国网电力科学研究院)申请成立。
SC C2 2012-2014年的工作重点是开展应对电力系统调度计划和实时运行的新挑战、输电与配电业务互动中出现的运行新问题两个优先课题的研究。
近年来, 可再生能源接入的规模日益增大, 自由电力市场的波动性充分显现, 增加电网运行的灵活性和可控性的需求日趋强烈, 同时新技术也在不断地出现并得到应用, 各国电网调度运行机构面对这样一个充满变化和挑战的环境, 开展了诸多的探索、研究和尝试。SC C2针对这一动向, 2012年确定了“应对电力系统调度计划和实时运行的新挑战”的研讨主题, 就稳定分析、监视与控制(包括电压及频率控制、功角稳定), 输电线路负载能力和动态容量的应用, 辅助服务(包括运行备用)3个方向在世界范围内征文。
国际上, 系统运行与控制领域通过WAMS等手段, 在各个运行阶段进行电力系统动态行为的分析、监视和评估具有较大的兴趣。为提高电力系统动态安全评估的质量, 专家和学者提出了一些新的模型和方法, 涉及网络建模、动态线路容量(DLR)管理和状态估计改进等。在应用DLR之前, 首先要对输电能力的可行性进行网络的稳定限额评估。兼容多种类型分析需求的网络建模显得特别重要, 基于公共信息模型的可扩展标记语言(CIM/XML)、基于公共信息模型的电网通用模型描述规范(CIM/E)也为详细网络模型的交换提供了有效的手段。PMU、能量管理系统(EMS)、DSA和调度员培训系统(DTS)的集成是提高调度控制人员电网观测能力的重要方法, 同时也可减少工具和界面的数量。从WAMS、DLR、需求响应方案的广泛应用, 以及储能、飞轮等其他一些方案的提出, 可以看出增加系统运行灵活性的需求正被逐渐提上议事日程。同时, 提高电网运用效率、完善互联电网运行中的协调机制、提高输入数据质量等业界的诸多努力均得到体现。另外, 可再生能源的接入, 低惯性运行点的可能出现, 正常电网由同步电机提供的控制(如同步电压控制)能力的下降, 都激励着世界各国的调度运行机构去寻求、探索具体的解决方案, 如安装柔性交流输电系统(FACTS)设备或采用更好的电压稳定评估方法等方面的尝试。考虑到可再生能源的接入, 构建合理的电网运行准则和运行协议的重要性也被相关专家指出。最后, 系统扰动与恢复管理也在会上得到讨论, 相关专家强调了协同处置、黑启动能力、调度员培训、PMU以及其他一些正在开展工作的重要性。一些专家指出, 涉及所有相关方的扰动恢复试验正在系统恢复管理中发挥着重要作用。
该优先课题内容覆盖输配用业务互动、调度与市场业务互动、运行感知与可视化、建模与数据交换、可再生能源运行、故障等级管理、需求响应、移相器等8个方面。从会议代表发言可以看出, 世界范围内可再生能源的接入程度正在提高。为降低二氧化碳的排放量, 欧洲一些老的热电厂正被可再生能源替代。由于分布式能源不具备传统电厂所具有的控制资源, 会引起电力系统可控性的降低。考虑到未来能源的供应体系中, 对可再生能源的依靠程度将进一步提高, 需要重新审视与可再生能源利益相关方有关的政策。在技术讨论过程中, 下列问题被关注。
1) 可再生能源所占的最大比重。
2) 如何确定可再生能源运行的最小技术要求(包括其对旋转备用要求的计算), 以避免故障期间出现脱网(包括高、低电压脱网)。
3) 分布式电源, 特别是光伏电站增多后, 如何控制输配互联电网的潮流以及输电网流入配电网的功率。
4) 在系统安全自动装置框架下, 如何考虑可再生能源的影响及低频减载(UFLS)装置调整的影响。
5) 如何在电力系统分析中对新型的分布式电源进行建模及解决配电网中日益增加的供电瓶颈问题。
为解决上述问题, 会议提出下列建议措施。
1) 预防性运行策略,应成为可再生能源比重增加后重要的应对措施。2030年中国可再生能源将超过800GW(其中风电500GW, 光伏300GW), 需要提前做好应对措施。
2) 在配电网使用控制器或移相器提高潮流的控制能力。
3) 使用快速无功补偿设备, 如静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)。
在会议的技术讨论中, 以下观点或内容被提及。
1) 未来分布式电源或可再生能源运行面临的挑战主要有5个方面: 组织结构、运行、可观测性和可控制性、技术性能、立法及商务。
2) 到目前为止, 能源供应问题主要是从发电侧进行探讨。法国则提出了一个从负荷供应视角分析能源问题的很好例子。随着电加热及其热能需求的增长, 需求响应机制将会被越来越多地得到研究和应用。
3) 基于概率的电力系统健康指数模型, 以及电力平衡和安全信息的可视化。
4) 荷兰输电服务运营商(TSO)介绍了从战略规划到事后分析的全过程覆盖的负荷预测及电力平衡的实施经验。
5) 葡萄牙TSO介绍了一种基于概率的风险评估方法, 并与安全评估工具相结合共同完成电网运行安全的评估。目前正在通过试点进行技术验证。
6) 日本介绍了其开发的使用私有IP网络的区域监控和数据采集(SCADA)系统, 已用做控制中心遭遇故障后的备用系统, 并计划在2014年12月替代主调系统。
1) DSA技术
目前, 开发和应用DSA功能的国家逐渐增加, 巴西、美国、德国、墨西哥等国家均开展了相关的研究和应用, 主要技术方法是: 利用在线数据保证电网分析更贴近真实运行状态, 利用并行计算技术提高计算速度, 利用概率理论抽象电网最可能遭遇的风险。但整体上看, 仿真分析的算法还未能与调度运行的实质业务形成应用契合点, 计算数据的完整性和准确性一定程度上制约了计算结果的可信度, 实用程度仍需通过实践进行磨合和提高, 预计未来几年将会看到一些国家在这些问题上的积极探索。
2) PMU/WAMS技术应用
目前, 世界上已有不少国家成功运用PMU开展电网异常发现、故障事后分析、仿真结果比对、控制设备动态性能评估等工作。一些国家正在构建全国的PMU网络, 以获取系统较为完整的数据。PMU高速采集积累的数据仍主要用于基于单测点数据的特征进行分析的应用场合。尽管相角测量和分析技术得到较为广泛的应用, 但目前主要用于监视、分析和控制性能评估的范畴之内, 预计未来仍需通过一定的研究和工程实践, 才能真正应用到系统分析和广域控制之中。
3) 新能源大规模接入后电网特性认知与控制
新能源大规模接入后, 防止电网故障期间风电、光伏设备低压或高压脱网的问题逐步得到有效控制。但因新能源大规模接入而引起的电力系统惯性降低、可控制性下降的问题已引起一些国家的重视和研究, 预计今后几年将有更多的深入研究。随着中国新能源的快速发展, 局部电网的系统惯性降低和可控制性下降的影响将逐步显现, 应加快研究并予以防治。
4) 协调调度
协调调度对于参与大型互联电网运行的各个调度机构而言至关重要。一致、完整的运行信息是调度行为协调的基础。根据中国和欧洲的经验, 协调的调度行为可降低总体成本、防止过度控制, 预计未来几年该领域将有重要突破。
5) 可视化技术
电网的动态特性需要利用可视化技术给予形象的揭示, 引导调度运行人员把注意力集中到电网运行状态的变化和问题的根源上, 小时级或15min的状态预测有助于调度员及时掌握电网安全裕度的变化。预计不少国家将在此领域有进一步的研究和应用。
6) 调度员培训
分布式电源大规模接入后, 电源侧的不确定性和消费者行为的不确定性交织叠加, 如何保证调度员有效处理互联电网出现的潮流波动和转移是近年来调度员培训领域的热点。如何运用系统的方法去培训调度员有效应对这些挑战, 也将是系统运行与控制领域的重要关注内容。
2016年CIGRE年会SC C2的优先课题包括: ①应对电源结构新变化(可再生和分布式电源大规模接入及其带来的系统惯性降低)的电网运行解决方案, 包括电压和频率的监视、运行和控制, 励磁系统、电力系统稳定器、调速器和换流器的稳定控制, 高压直流输电引入互联电网的管理。②系统扰动与恢复管理, 包括关键负荷与启动电源的考虑, 扰动管理、恢复策略以及依托外部网络的恢复策略, 调度运行机构和用户的协调需求等。
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陶洪铸.2014年国际大电网会议学术动态系列报道:系统运行与控制技术[J].电力系统自动化,2015,39(10):1-5. DOI: 10.7500/AEPS20150403003.
TAO Hongzhu.A Review of CIGRE’2014 on System Operation and Control[J].Automation of Electric Power Systems,2015,39(10):1-5. DOI: 10.7500/AEPS20150403003.
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