智能电网新技术进展

杨志宏

(yangzhihong@sgepri.sgcc.com.cn)

南瑞集团公司（国网电力科学研究院）

mailto:gaozonghe@sgepri.sgcc.com.cn

3、新一代智能变电站技术

4、新能源运行控制技术

1、概述

2、智能电网调度云技术

助力智能电网发展——南瑞集团全方位智能电网解决方案

• 调度技术支持系统 • 电网安全稳定控制 • 智能变电站 • 输变电设备状态监测 • 配电网调度系统 • 配电网故障抢修系统 • 微电网运行控制 • 新能源接入控制 • 用电信息采集 • 电动汽车充放电 • 智能水电厂系统 • 风电、光伏系列设备 • 信息化与信息安全 • 智能芯片 • 智能电气设备 • 。。。

重点新技术领域简介

新一代智能变电站技术

新能源运行控制技术

新能源发电功率预测、电网实时优化调度、微电网协调运行控制等多层级的运行控制技术，实现新能源的最大化利用。

智能电网调度云技术 采用云计算技术，基于公有云和私有云，实现各级调度的信息共享和任务协同，并提升系统的处理能力、服务能力与可扩展性。

采用面向服务的主子站广域协同技术，基于统一平台实现主子站纵向贯通与协同。采用功能纵向集成的二次系统架构，提高站内功能实时性和可靠性。

3、新一代智能变电站技术

4、新能源运行控制技术

1、概述

2、智能电网调度云技术

智能电网调度云技术

保障大电网安全稳定运行

推进调度一体化体系建设

需要灵活适应电网的快速发展与未来的管理变化

需要提升系统的处理能力、服务能力与可扩展性

智能电网调度云技术

实现电网一体化运行

西藏华中

西北

南方

华东

华北

东北

主要能源生产区

主要能源消费区

智能电网调度云技术——体系架构

云服务中心(主) 云服务中心(备)

云平台

模型云服务

数据云服务

应用云服务

分布式处

理服务

云平台

分析服务

监控服务

采集服务

分布式处理

展示云 云平台

分析服务

监控服务

采集服务

分布式处理

展示云

云平台

分析服务

监控服务

采集服务

分布式处理

展示云

云平台

模型云服务

数据云服务

应用云服务

分布式处

理服务

智能电网调度云技术——广域路由自适应与资源协同定位

淮安

SCADA PAS AVC

DATA_MODEL

HIS1

DATA_HIS DATA_QUERY

HIS2

宿迁

SCADA PAS AVC

HIS3

DATA_HIS DATA_QUERY

HIS4

淮宿区域互备

AREA_DB_MASTER AREA_DB_MIRROR

其它

SCADA PAS AVC

HIS3

DATA_HIS DATA_QUERY

HIS4

AREA_DB_MIRROR

调度数据网第一平面

调度数据网第二平面

加密认证装

置 防火

墙

防火

墙

加密认证装

置

• 广域路由自适应-解决服务器跨网段、跨区域的可靠通信问题。一个网络平面故障时，通信总

线自动切换到别的网络平面，保证系统跨区域通信的可靠性。

• 资源协同定位-解决多网段环境下的资源快速定位问题。针对多区域的网络架构，采用分级汇

总和本地缓存的手段，实现全局资源快速定位。

智能电网调度云技术——模型云

区域调度 区域调度 区域调度

模型中心

省级调度

源端维护 统一管理 按需共享

智能电网调度云技术——实时数据云

实时库中间件

图形及数据界面

SCADA及FES基础应用

… 电网高级应用

服务总线服务总线

分布式实时库服务

分布式实时库实体

实时库节点

分布式实时库服务

分布式实时库实体

实时库节点

分布式实时库服务

分布式实时库实体

实时库节点

分布式实时库服务

分布式实时库实体

实时库节点

分布式实时库服务

分布式实时库实体

实时库节点

分布式实时库服务

分布式实时库实体

实时库节点

智能电网调度云技术——弹性资源管理

为了解决分布式处理的任务与资源调度问题，弹性资源管理模块支持按照资源状况，合理分布数据与分解、分配数据关联任务，充分利用资源，提升系统的处理能力、服务能力和可扩展性。

节点名 主区域 备区域 故障区域

sca-1 1 2 4 7 10

sca-2 4 5 6 1 8 11

sca-3 7 8 9 2 5 12

sca-4 10 11 12 6 9

3

3

3

智能电网调度云技术——分布式数据处理

数据采集集群

分布式SCADA

华北 华中 华东 国调

华北 华中 华东 国调

前置消息 前置消息

分布式应用分析

华北 华中 华东 国调

数据调用 数据调用 数据调用 数据调用

负载均衡的分布式数据访问中间件

客户端

前置消息 前置消息

分布式SCADA率先完成研发

调控云

智能电网调度云技术——应用云

大电网稳定控制云

调度计划云

安全校核云

网络分析云

联合培训仿真云

智能电网调度云技术——应用云

网络分析云

• 通过电网广域智能分析与辅助决策和网络分析云服务技

术，实现对全网模型的计算分析和计算结果的全局共享，

提供更准确的分析结果。

联合培训仿真云

• 通过基于云计算技术的省地县三级电网的分布式仿真技

术，实现省地县三级电网仿真应用的协同。

智能电网调度云技术——展示云

智能电网调度云技术——展示云—KPI展示

智能电网调度云技术——展示云—集成展示框架

告警与画面的集成展示

告警与画面的互动操作

画面的切换

设备的定位

曲线的浏览

原有界面孤立而分散，不同界面间的信息无法共享和互动，界面之间难以联动和协同。集成展示框架通过开放统一的接口，以搭积木的方式按需组合各

类关联界面，使得信息在关联界面中畅通无阻地流动，操作简单、直观。

智能电网调度云技术——展示云—地理信息展示

供电路径

风险分析

停电范围

检修指挥

设备管理

地理图上的电源点追踪功能

3、新一代智能变电站技术

4、新能源运行控制技术

1、概述

2、智能电网调度云技术

新一代智能变电站技术

支撑大电网安全稳定运行

适应大运行大检修体系建设

满足无人值班远方监控运维

提高主子站的标准化、一体化、互动化水平

合理简化二次系统结构，提高可靠性和易维护性

NS5000

面向服务的广域协同 监控系统

基于功能纵向集成的二次系统架构

新一代智能变电站技术——主子站统一架构

在现有智能变电站系统的基础上，深入研究主子站系统统一架构、信息交互、应用融合与协同等技术，开发面向服务的广域协同式变电站监控系统软件，形成系列标准规范，提高调度与变电的标准化、一体化和互动化水平，全面提升变电站对大运行、大检修体系及无人值班模式的业务支撑能力。

统一标准

统一架构

统一技术

基于SOA技术，采用适用于调度主站与变电站之间电力实时监控环境的广域服务总

线。纵向贯通各级调度和变电站，实现各种纵向协同服务的灵活调用和信息互联

互通，为主子站应用协同、主站对子站的全景观测提供支撑。

面向服务的广域协同监控系统——主子站交互技术

基于画面远程浏览服务实现主站同一画面集中展示多个变电站关键信息。

远程浏览画面 调度主站画面

面向服务的广域协同监控系统——主子站交互技术

基于统一平台的主子站图模统一维护。建立符合调度主站和变电站业务需求的一、

二次设备公共模型，采用基于CIM/E标准和服务调用的主子站模型同步方法；采用基

于统一平台的远程浏览，采用CIM/G规范格式，主站无需经过文件转换直接调阅子站

图形。提高图模源端维护的方便性、可靠性及性能。

面向服务的广域协同监控系统——主子站图模一体化管理技术

在传统边界安全防护的基础上，基于双因子登录、数字签名和权限认证等关键技

术，实现从调度到变电站的一体化全通信过程纵深安全防护，提高主站远方操作

变电站设备的安全性。

面向服务的广域协同监控系统——主子站一体化安全认证技术

针对智能变电站就地核心应用功能，通过建立子站端支撑服务，与主站端核心应

用进行交互，实现电网应用分布式处理。典型应用如分布式状态估计以提高电网

基础数据准确性；分布式故障诊断以使调度运行人员更加迅速准确地掌握电网及

设备运行情况，及时处理电网故障。

分布式状态估计 分布式智能告警

面向服务的广域协同监控系统——主子站分布式应用协同技术

面向服务的广域协同监控系统——变电站远程运维技术

面向无人值班变电站运维需求，采用安全数字证书和快速的广域服务总线技术，

实现变电站重要数据和站控层二次设备的远程维护，实现设备异常与故障的远程

分析诊断和维护，节省变电站维护成本，缩短维护时间，减少维护人员数量。

智能电网优化调控技术——应用效果

功能纵向集成智能变电站二次装置 线路间隔采用功能纵向集成的二次装置，分为多功能保护和多功能测控，分别独立采

样，且提供与跨间隔应用的数据接口。多功能保护装置输出采样值，供母线保护、故

录、安稳等跨间隔装置用，跨间隔装置发送GOOSE跳闸命令给单间隔保护。多功能测

控输出测量采样值，供PMU、计量等装置用。

优点：

二次装置结构更合理更简化，间隔内不再配虚端子，运维简单

缩短站内数据传输路径，可靠性更高，实时性更强

二次装置数量少，占地更少，造价更省

新一代智能变电站技术——二次装置新方案

交流输入

保护/测控

合并单元

智能终端

多功能保护/测控

智能电网优化调控技术——应用效果 功能纵向集成二次系统架构——单间隔纵向集成

220kV线路间隔系统图

双

套

智能终端 合并单元 220kV多功能保护 220kV多功能测控

MMS双网

GOOSE、SV网

双

套

双

套

220kV线路保护 220kV线路测控

智能电网优化调控技术——应用效果 功能纵向集成二次系统架构——变压器间隔方案

智能电网优化调控技术——应用效果 功能纵向集成二次系统架构——母线间隔方案

功能纵向集成，缩短数据传输路径，降低装置间耦合和相互依赖，提高可靠性，减少装置数量，减少建设和维护工作量。

单间隔的多功能保护装置直接采样直接跳闸，增加跨间隔保护和安全自动装置所需的智能终端和合并单元功能，靠近一次设备就近安装。

多功能保护

单间隔的多功能测控装置直接采样直接出口，增加PMU和计量所需的合并单元功能，靠近一次设备就近安装。

多功能测控 变高合智 变中合智 变低合智 本体智 能终端

主变保护A套 （主后一体）

母线保护 测控装置 （三侧加本体

）

跨间隔的母线保护装置和主变保护装置，既可以采用GOOSE和SV共口光纤直采直跳，也可以采用延时可测的网采网跳，从多功能保护装置获取过程层数据。

合智一体

稳控装置 备自投 公用测控

多功能保护测控

多合一装置

备自投、安稳等站域装置不需要跨间隔同步采样，采用网采网跳，从多功能保护装置获取过程层数据。

过程层SV和GOOSE数据流按专业划分，单间隔多功能保护装置与跨间隔保护、安稳、备自投交互；单间隔多功能测控装置与计量、PMU交互。过程层GOOSE和SV共网，站控层、间隔层和过程层独立组网。

功能纵向集成二次系统架构——全站系统图

智能电网优化调控技术——应用效果 功能纵向集成二次系统架构——效果对比

典型220kV变电站为例，比较本方

案与常规智能变电站经济性。2台

220kV主变，4条220kV出线，1个

220kV母联，6条110kV出线，1个

110kV母联，4条35kV线路，2台电容

器，1台电抗器和3台所用变。

-27%

-60%

-46%

智能电网优化调控技术——应用效果 功能纵向集成二次系统架构——效果对比

智能变电站 大量间隔内部虚端子

纵向集成变电站 无间隔内虚端子

3、新一代智能变电站技术

4、新能源运行控制技术

1、概述

2、智能电网调度云技术

新能源的智能优化调控

智能优化调控技术

目标

确保新能源接入后电网的安全稳定

确保优先消纳新能源发电

实现方法

新能源发电能力预测

新能源发电计划优化

新能源实时调度控制

新能源智能优化调控——发电能力预测

快速准确的新能源发电能力预测是实现优化协调控制的基础。

采用神经网络结构，建立统计模型， 以实时气象数据为关键

输入因子，实现0-4小时超短期功率预测15min循环滚动预测。

新能源智能优化调控——发电能力预测

已建和在建系统主要分布区域：山东、山西、河

北、甘肃、宁夏、青海、新疆、内蒙、吉林、辽

宁、黑龙江、福建、陕西、云南、广东等地区

已建和在建的风场端预测系统总装机容量

超过10GW，光伏端预测系统总装机容量约

2.3GW

已建和在建的风场端预测系统150多套，光伏

端预测系统60多套

场站数量

装机容量

区域

新能源智能优化调控——发电能力预测

精确预测风电功率的升降过程！

华北网调全网预测统计指标

合格率 相关系数

95% 0.92

平均绝对误差 均方根误差

11.2% 8%

实例——华北网调风功率预测效果

新能源智能优化调控——发电计划优化

联合发电计划目标：

1）风光电源并网电量最大

2）联合发电计划平滑输出

0

20

40

60

80

1 20 39 58 77 96时段

功率/MW

0

10

20

30

40

1 20 39 58 77 96时段

功率/MW

0

10

20

30

40

50

60

70

1 20 39 58 77 96时段

功率/MW

风光储联合发电曲线 风光叠加曲线-30

-20

-10

0

10

20

30

1 20 39 58 77 96

时段

功率/MW

风力发电曲线 光伏发电曲线

联合发电曲线 储能优化结果

日前/实时/日内的滚动 接纳能力评估

新能源智能优化调控——实时调度控制

短期负荷预测

日前计划

超短期风功率预测 超短期负荷预测

实时调度

AGC 新能源控制

不可控风电场 可控风电场 AGC机组 非AGC机组

控制指令

协调控制量

风电场 状态

机组模式 与状态

实时计划

协调控制量

短期风功率预测

日内计划

以风电优先调度为目的，多周期计划时序递进、滚动协调

新能源智能优化调控——实时调度控制

低谷时刻自动跟踪风电接纳能力，满足全网功率平衡，实现风资源的优化利用

在保障断面输送安全的前提下，有效提升风电外送断面输送能力

实例——华北网新能源控制

融合电能的生产、交换、分配、消费等环节，提高能源利用率，扩大可再生能源利用范围，实现节能减排。

微电网通过综合调节分布式发电、储能和负荷实现微电网内部电量的自平衡，与外部电网电力交换很少。

微电网内的分布式电源应以风力发电、光伏发电等清洁能源为主，减少对一次能源的消耗。

自平衡

高效性

清洁性

单一可控

智能微电网

智能微电网可将微电源、负荷、储能装置相结合，形成一个单一可控单元。

新能源运行控制

智能微电网的主要特征：

是新能源运行控制的最佳方案 是新能源大规模接入的必然选择

新能源运行控制——微电网的典型应用模式

智能微电网

城市配电网架结构较为复杂，加大新能源的开发力度，提高新能源的渗透率是当前城市配网建设的重要工作

海岛地区由于远离大陆，存在电力供应紧张，负荷分散等问题，但是可再生清洁能源丰富，因此建立自愈型微电网可以有效解决电力供应问题

高原（偏远）地区等配电网无法延伸地区，此类地区风/光资源丰富，因此建立风/光互补型离网型微电网作为配电网一种有益的延伸

通过将清洁能源以微电网形式接入农网，实现清洁能源的就地消纳，可以有效地就地解决农村地区可靠用电问题

新能源运行控制——微电网的运行控制

并网运行状态

离网运行状态

故障/检修状态

离网启动过程

并网启动过程

离/并网切换过程

并/离网切换过程

智能微电网的三大状态

智能微电网的四大过程

新能源运行控制——微电网运行控制整体解决方案

典型应用案例——鹿西岛海岛型微电网示范项目

海岛型微电网网架结构复杂，负荷分散。 以国家863项目为依托的浙江鹿西岛微电网工程，充分开发利用岛上丰富的风、光能等绿色资源，建成可靠的智能微电网，有效解决海岛电力供应问题，为推广新能源发展奠定基础并发挥重要的作用。

典型应用案例——祁连光伏离网型微电网示范项目

祁连离网型微电网系统光伏 总 装 机 容 量 为3.087M W p， 1.2MWh锂电池、4MWh铅酸蓄电池及500套380瓦户用系统。 微电网成功改善当地电力供应结构性、季节性的特点，解决以水电为主的电源结构在冬春枯水季节发电量严重不足，加速当地经济社会发展及提高人民生活水平，对于改善投资环境拉动县域经济发展具有非常重要的意义。

典型应用案例——河北承德农网风光储智能微电网示范项目

承德御道口风光储微电网项目(华北电网承德农网分布式发电/储能及微电网接入控

制试点工程)

微网组成：村庄模式：50kW的光伏发电，2*30kW风力发电 ， 80kW/128kWh的锂电池储能；42户农家游；单户模式：风主光辅、光主风辅；围场县调：分布式发电/储能及微电网接入控制系统。 项目目的：新能源接入控制、微电网运行控制、电能质量、微电网保护、并离网切换试验，并网实验、离网实验、能量管理等。

谢 谢 ！

杨志宏

(yangzhihong@sgepri.sgcc.com.cn)

南瑞集团公司（国网电力科学研究院）

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