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基于多源数据融合的新能源运行数据监测系统设计.pdf
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1、第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期:;责任编辑:郭海霞 :基金项目:中国南方电网有限责任公司重点科技项目()作者简介:刘显茁(),男,吉林白山人,工程师,硕士,研究方向为新能源并网调度、新型储能并网调度等。引用格式:刘显茁,王皓怀,郭自豪,等 基于多源数据融合的新能源运行数据监测系统设计 能源与环保,():,():,基于多源数据融合的新能源运行数据监测系统设计刘显茁,王皓怀,郭自豪,丁刚(中国南方电网电力调度控制中心,广东 广州 ;北京清大科越股份有限公司,北京 )摘要:为解决新能源调度分析和运行统计,提出了基于多源数据融合的新能源运行数据监测系统。分析了新能源发电特性,结合新能源发电与传
2、统电网之间的关系说明了多源数据融合平台的意义和作用。构建了基于多源数据融合的新成员调度运行监测系统,设计了总体架构,分析了系统功能模块,给出了系统硬件部署方案和系统接口。针对新能源台帐动态管理、区域新能源运行建设、优先调度评价、消纳统计分析等功能进行说明。最后结合某地区典型的微型新能源网络的系统应用情况进行了说明和分析,论证了本文提出系统的有效性。关键词:多源数据;新能源运行调度;系统设计;新能源系统中图分类号:;文献标志码:文章编号:(),(,;,):,:;我国新能源发电项目技术水平和经济条件日趋成熟,新能源装机占比不断提升,可再生能源为主的新能源发电并网渗透率逐渐提升,给电网的运行安全带来
3、一定压力。同时分布式新能源由于部署位置较为分散,地区差异较为明显,对于运行和调度监测数据建设系统相对不足 。为解决新能源运行和调度的监测需求,本文提出了相应的系统平台。目前针对新能源运行分析,文献 提出了基于物联网技术的新能源电网运行状态监测方法;文献 提出了基于调控云的新能源运行监测与调度系统;文献 分析了多状态下分布式能源运行在线监测方法;文献 建立了基于物联网的光储能源运行状态监测系统;文献 分析了未来电网调度控制系统应用功能的新特征;文献 分析了基于电力数据驱动和需求响应的冷热电多站融合系统能源路由策略。针对含有新能源的调度运行系统,文献 设计了网调度运行指挥平台基础数据库;文献 说
4、年第 期能源与环保第 卷明了电网调度运行指挥信息化平台的应用;文献 针对调控一体化模式下监控信息智能化管理系统建设提出了方案。上述文献均针对新能源运行分析进行了建模,但对于运行数据监视的平台架构设计较少。由此可见,目前针对新能源运行调度主要根据目前的多级调度系统进行模型优化,而针对多能源数据平台在调度运行中的分析应用较少,目前的模型大部分针对具体的调度运行,而未针对数据应用展开。为此,本文以新能源运行特性分析为出发点,将以风电和光伏为代表的新能源运行特性进行总结,提出了基于多源数据融合的新能源运行平台,分析了平台功能,并对平台的应用进行论证。新能源运行特性分析 新能源发电特性分析新能源运行数据
5、监测主要针对新能源发电功率的输出特性以及运行过程中的动态变化,而主要的新能源以风电和光伏为代表,受到气候和天气的影响,具有较强的出力波动性和出力不确定性 。因此,针对新能源的运行数据监测主要以风电功率输出和光伏功率输出为代表。某风电场在一定时间间隔内的输出功率曲线如图 所示。由图 可以看出,风电输出功率随着时间的变化呈现出明显的波动性和间歇性。图 风电场功率输出波动曲线 光伏发电功率与光照辐射强度有关,而光照辐射强度与云层厚度及云层移动情况有关。在典型日内,晴空天气状态下的光照辐射强度在正午时达到最大 ,一般呈现出的光伏出力曲线如图 所示。从图 中可以看出,采样时间不同,光照辐射强度也会产生波
6、动,从而导致光伏出力产生波动。图 单位面积光照辐射功率波动曲线 另外,从较大时间尺度的统一性分析来看,风电具有反调峰 特性。即白天风电输出功率较小,夜间输出功率较大;而针对光伏则在晴天中午时输出功率达到最大,夜间输出功率为 (图 )。由此可以看出,风能和太阳能发电具有互补性,因此对风电和太阳能发电运行数据进行监测能够有效提升电网对风电和光伏电站发电功率的合理调配能力,并满足负荷波动的需求。图 某典型日新能源功率输出曲线 基于多源数据的新能源平台管理结合新能源接入电网对整体电力系统的影响进行分析,提出新能源系统关系,如图 所示。针对电力系统传统发电、输配电和用电的环节,将风电和太阳能发电与传统火
7、电、核电、水电等机组形成综合发电网络,根据相应的市场规则和系统运行方式,确定风电和太阳能发电等可再生能源的出力情况 。确定出力组合关系后,由电网进行电能输送。同时可以实现大规模储能与电网功率交互传输,实现对风电、太阳能发电波动性的补偿机制。由用电环节实现负 年第 期刘显茁,等:基于多源数据融合的新能源运行数据监测系统设计第 卷荷对相应电能功率的消耗和使用,同时可避免大规模新能源接入电网带来的利用率不高等问题。图 新能源运行结构 针对电网接入的新能源机组在出力响应和波动调节等方面采取必要的数据监测手段,实现对数据的滚动优化和实时优化,形成满足电力系统分析要求的数据,从而实现对系统整体运行模式的把
8、控。数据平台可以实现对多种数据的综合处理和分析。同时针对布置在不同位置的传感节点采取多源数据融合处理的方式,提升区域内部和区域之间可再生能源交互运行的优化模式,提升数据的传输效率,避免数据传输出现大规模缺失等问题。由于新能源运行系统主要体现在光伏和风电等形式的电能。因此,首先应考虑这类新能源直接参与发电调度的数据需求,结合机组的运行方式和区域运行规则,对典型运行日的运行方式进行数据特征抽取,提取关键断面。在数据分析过程中,应当以风电和光伏等可再生能源的预测信息与实际负荷需求数据进行匹配,将区域内部的优化调度作为数据对比的基本参考,从而将负荷与电源测数据进行有机整合,得到最终的分析结果。针对区域
9、之间联络线传输的新能源发电功率,也应当开展广域电网的区域间协调数据分析和监测,将某区域剩余发电能力信息进行全网发布。从而实现区域内系统调峰裕度及功率发电计划的动态调节,满足不同区域之间系统功率交换的需求,从而进一步提升新能源在全部电力系统网络之间的应用效率。统一的数据管理平台可以包括运行类设备、规划类设备、运行方式类数据的统筹考虑,提供合适的接口以及数据模型,满足导入导出等服务,为电网的各项计算提供准确的数据支撑。基于数据平台,形成调度统一数据库管理,体现集中统一标准化作业流程,将数据的维护、应用作为调度系统的前提支撑,从而为新能源调度提供合理的支撑。在数据平台构建过程中,对象服务、流程服务、
10、报表服务、数据交换以及日志服务形成统一的业务支撑组件,与调度管理系统相衔接,形成数据共享、复用。将数据的可视化共享作为数据平台的基本特色,实现各类数据在运行过程中体现可视化展示要求,实现分布式查询等。基于数据平台的新能源调度运行系统 系统总体构架平台整体结构基于 分布式发电数据采集和调度中心内网新能源运行监测分析平台。采用 年第 期能源与环保第 卷 结构 ,包括 分布式发电信息传输与管理、调度专网数据采集与管理、调度支撑系统。系统能从新能源发电侧采集相应运行状态数据,通过加密网关将分布式能源运行数据进行统一处理后上传至监测分析平台,形成分布式能源发电集中信息中心。由反向隔离装置将信息传送至分布
11、式新能源运行平台。结合调度计划与 运行支撑,形成相应的调度传输数据。最终与智能电网调度支撑系统形成调度数据传输,并上传至其他调度机构。系统总体构架如图 所示。基于数据平台的新能源运行调度分析系统根据数据的来源以及安全分区,结合运行管理系统、调度操作指令下发系统,将新能源调度系统综合功能实现一体化管理。根据语音数据、调度数据、管理数据图 总体构架 三层级的数据一体化平台实现调度协调管理。系统功能模块该系统架构能够实现的功能如图 所示。图 功能分类 系统硬件部署平台网络硬件部署结构如图 所示。通过布置相应的工作站、服务器、隔离设备、网关、电能采集表等形成平台硬件拓扑结构。将平台网络分为安全接入区和
12、区。区主要包括生产运行历史数据。同时厂站区包括相应的分布式电源发电自动化监测平台的数据。智能表计采集相应终端的数据。通过 专网将数据与新能源外网数据采集中心进行连接,通过反向隔离装置将信息传输至安全区,进而构成了由安全区与安全区组成的平台网络,安全区负责新能源运行监测数据分析的数据库以及运行监测分析平台的服务器处理。系统接口平台可通过与其他应用协同实现数据交互,具体包括智能电网调度支撑系统平台,实现对有功功率、无功功率、并网点电压和电流、馈线有功功率等参数的监视;智能电表计量系统,实现对有功功率、无功功率的量测;对功率预测进行数据分析和交互,实现短期、超短期功率预测;与调度计划系统实现交货,而
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