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云边融合 “风光”可控 南方电网公司云边融合智能调度平台支撑海量新型厂站安全、高效接入和协同控制

来源: 南方电网报    更新: 2024-05-24    浏览: 171    字体:

  习近平总书记强调,要深化人工智能等数字技术应用,构建美丽中国数字化治理体系,建设绿色智慧的数字生态文明。在主持中共中央政治局第十二次集体学习时,习近平总书记指出,大力推动我国新能源高质量发展,推进电网基础设施智能化改造和智能微电网建设,提高电网对清洁能源的接纳、配置和调控能力。

  加速数字化绿色化融合发展,是建设绿色智慧的数字生态文明的重要组成部分,也是实现经济转型升级和高质量发展,实施数字中国战略的重要举措。南方电网公司积极落实数字中国建设、推动电网数字化转型,以数字化绿色化协同促进新型能源体系和新型电力系统建设,建成云边融合智能调度平台,让新能源灵活快捷地接入电网调度。以为轴,云边融合,有力保障了电力系统平衡稳定和新能源的安全高效消纳。

  在广东东莞,手指轻轻一点,全东莞区域的光照情况预测曲线、光伏发电预测曲线跃然于电脑屏幕上,光伏发电最大功率、容量、发电效率等指标一览无遗。在云南昆明,电力调度控制中心调度员通过一键点击,顺利完成某分布式光伏电站的出力计划实时调节。如此便捷的功能应用,正得益于云边融合

  东莞、昆明供电局是南方电网公司云边融合智能调度平台(CEP)的首批试点单位。新能源信息上后,风光变得可观可测可控,为保障电力系统的平衡稳定和更好地消纳新能源,提供了强有力的技术支撑。

  截至目前,南方电网公司完成云端系统和13个边缘集群系统的核心功能建设并逐步投入试运行。通过对分布式新能源主动调节,大幅提升地区电网调度的灵活性和响应能力,为解决分布式光伏发电引起局部地区线路、变压器过载等问题提供有效解决手段。南方电网电力调度控制中心自动化处负责人说。

  从试点到逐步推广应用,一张全领域、多层次、立体化的电力调度智能图景,正在上徐徐展开。

  布局

  新能源蓄势待发,对传统电网控制系统提出了巨大挑战,一套先进的自动控制体系必不可少

  时间回到2018年。此时,广东、广西、云南、贵州、海南五省区新能源装机为3000万千瓦,占发电总装机占比不到10%

  也是这一年,新能源蓄势待发:全国新能源汽车销量首次超过百万辆,海量充电桩随之兴建;光伏、风电、储能、虚拟电厂等新型厂站如雨后春笋般冒出。

  从政策和各地新能源发展趋势来看,新能源大规模发展将是大势所趋。南方电网电力调度控制中心自动化处高级经理周华锋说,从2018年开始,南网总调组织前往江浙等新能源发展势头迅猛的地区调研,在浙江嘉兴,各种工厂都上了光伏项目,但是运行长期脱网,调度系统看不到这些厂站的运行情况,对调度人员来说非常棘手。

  与火电厂、大型水电站等非常稳定的传统厂站不同,主要在中低压侧接入电网的新型厂站较为任性。天上飘过的一片云、刮过的一阵大风,都可能造成分布式新能源的出力大幅波动,园区内企业的经营活动、车辆的随机进出也会造成虚拟电厂、充电站功率的明显变化。

  仅靠人力监控这些厂站,显然无法应对其巨大的数量增长。若要实现24小时全天监视和实时控制,则对系统处理能力的可靠性要求极高。

  海量新能源以市场化模式参与到电网运行中,对传统电网控制系统提出了巨大挑战。

  新能源自身运行状态有不稳定性,如果主网不对这些厂站进行监控,规模庞大的不可控新能源就会成为干扰主网安全运行的不确定因素。南网总调调度处高级经理王坚介绍。在新能源数量和规模不断扩大的情况下,电网运行的结构形态和系统特征将发生重大变化,电网调度部门难以像对待传统厂站一样严格管控新能源的接入和行为,因此需要以市场方式进行调节。

  量能一旦喷发,要控制住是很难的。王坚认为,当量大到不能承载的时候,就有可能引起事故。未来,电力供需形势十分复杂,要有一套先进的自动控制体系才能领跑。

  着眼于未来,下好先手棋。2018年开始,南方电网公司启动新型电力调度系统的研究、建设。

  攻坚

  历时5年攻坚,建成电力行业首个全面贯穿三级调度、采用+两级模式建设的调度系统,让新能源灵活快捷地接入电网调度

  如何解决新能源、特别是分布式新能源看不见、控不住的难题?此前建设推行的南方电网一体化运行智能系统(以下简称“OS2系统)已无法满足未来对新能源的承载容量、实时监测与可靠控制需求。

  是对现有OS2系统不停打补丁,还是对调度系统进行体系化的全面重构?对于调度这种实时、庞大、复杂的生产系统,系统的全新构建意味着得面对更大风险和挑战。毕竟从国内外历史经验来看,电网系统的问题往往是出来的。

  一个新的系统开发,光论证都要3—5个月,才敢动手。周华锋说,历史上没有的东西,要通过技术层层论证、验证。

  “OS2系统的服务器和数据库还能不能再升级扩容?

  不行,上次扩容OS2系统的数据库就已经逼近资源极限,很难在不影响生产的情况下快速扩容,这给生产运行带来的风险太大了。

  既然是OS2系统底层架构容纳不了,那就只能从架构上解决问题。我们做一个新系统,从底层动,厂家也要跟。

  经过多轮调研分析、技术验证,南方电网公司最终决定在OS2系统建设的成果基础上,应用最先进的云原生”“容器化技术,建设弹性、开放、智能、全国产化的平台,以支撑海量新能源参与电网调控和市场交易。

  系统变革对于电力调度而言并非易事。周华锋说,电力调度的核心逻辑是追求稳定,任何系统变更动作都是牵一发而动全身。但是新形势下,我们必须主动作为,才能在和现实情况的赛跑中抢占先机。

  核心部件是发挥作用的关键。新型主体的接入、监视、预测、分析、控制等数据要全部上,通过优化理论、构建模型,利用云计算、人工智能等技术,需要提前布局。南网总调自动化处主管聂涌泉介绍,对此,南网总调牵头公司各中调、地调、电力及IT行业头部企业、科研院所、高校、设计院组建专业团队,融合云计算、边缘计算、人工智能等新技术开始全面攻关。

  历经5年多时间,CEP建设在架构、技术等方面取得多个重大突破。

  CEP系统是电力行业首个全面贯穿三级调度、采用+两级模式建设的调度系统:是在南网调度云打造全网共享的云端全局优化决策系统是在网、省、地各级调度中心建设的边缘实时监控系统;云端、边端打通构筑云边交互的高速公路,形成向上集约,向下赋能的云边融合调度业务新生态。

  CEP系统是对OS2系统的继承和创新。它既保留了OS2系统应对火电厂、水电厂等传统厂站的监控能力,同时又扩展了新的底层架构,以兼容数量爆发、随机性强的新能源。在CEP架构下,新能源可以通过标准的边缘网关装置灵活快捷地接入电网调度自动化系统,无需传统厂站繁杂的对接调试过程。

  电网运行人员在收到新能源上送的运行信息后,就能像传统厂站一样,看到它们的运行状态,分析它们对电网的影响,预测它们未来的出力,并实现对它们的秒级自动控制,而这些都是在现有系统上难以做到的。

  变化

  云边双向奔赴、高效赋能,让新能源看得见、控得住,为持续推进调度领域数字化转型奠定基础

  历史的车轮滚滚向前。双碳目标引领下,以风光为代表的新能源无论是装机容量,还是发电渗透率,数据都在不断攀升。

  从全国来看,截至2022年底,可再生能源装机突破12亿千瓦,首次超过全国煤电装机,占全国发电总装机的47.3%,其中风电、光伏发电新增装机连续三年突破1亿千瓦,创下历史新高。2024年一季度,广东、广西、云南、贵州、海南五省区风电、光伏等新能源装机达1.45亿千瓦,首次超过煤电,成为南方电网第一大电源。

  周华锋坦言,这么大规模的新能源接入,如果没有一套系统能看得见、控得住,对调度来说无异于一场灾难。

  变化正在发生。首先从显性的效率提升开始。

  广西电网电力调度控制中心自动化科专责韦洪波介绍,传统方式下,一个发电厂或变电站要接入电网运行,需要人工画图,双方通过电话、看着屏幕对几百个信号点进行一一核对、确认。以柳州鹿山35千伏变电站为例,2000多个点的信息,以前光测试信号至少需要3天,现在半天就搞定了。

  一个系统,一块屏幕,几次点击,便可将日常调度的监控步骤完成。广东电网公司东莞供电局电力调度控制中心自动化分部高级经理张鑫介绍,光伏、储能、充电桩接入到电网系统这边,数据从后台上传到云端,云端下发调控需求,我们就行动。

  相比以往的人工监测并干预,依靠技术的自动抓取,能将这些新能源异常情况抓得又快又准。

  还有一些变化是隐蔽而长远的。张鑫说:光照预测曲线、光伏发电模型都是网内部分先行单位的技术,通过CEP系统,我们就能用在自己的调度系统上,节省了不少技术研发的成本。当网内总结提炼的先进技术从云端流向各地边缘集群时,本地供电局就能将更多精力和成本放在立足本地的应用优化上,打造自己的特色化调度系统,更好更准应对复杂的调度形势。

  云边融合正在迈向更深层次。一方面,CEP系统基于云端海量算力和数据,调度业务能实现自下而上的全面集约优化;另一方面云端模型、数据、人工智能、区块链技术可自上而下,赋能中调、地调系统建设,快速精准响应新型电力系统调控需求。

  CEP系统鼓励各地调立足自身实际,将技术资源最大化,同时自主开发特色功能模块,促进全网调度资源的优化统筹,为调度领域的持续数字化转型奠定基础。

  未来,包括新能源在内的所有厂站,将随着源网荷储运行体系和市场机制的逐步完善,全部纳入云边融合智能调度运行平台调控,实现源网荷储协同运行、云边高效赋能,为南方电网公司推进新型能源体系和新型电力系统建设提供重要支撑。


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