智慧能源管理平台在高比例新能源配电网中的源荷幅值突变控制

引言

随着"双碳"目标的推进，新能源在电力系统中的占比持续攀升。据统计，2023年我国新能源发电量占比已超过35%，预计到2025年将达到40%以上。然而，高比例新能源接入给配电网运行带来了新的挑战，特别是源荷信号的幅值突变问题日益突出，严重影响电网的稳定运行。传统配电网规划方法在应对源荷不确定性和随机性方面表现不佳，亟需开发新的自动跟踪技术。

1 建设背景

随着全球能源结构的转型，以太阳能、风能、等为代表的新能源在电力系统中的占比逐年提升。高比例新能源接入已成为现代配电网的重要特征之一，其在提高能源利用效率和减少碳排放方面具有显著优势。然而，新能源的间歇性和波动性也给配电网的运行带来了新的挑战，尤其是在源荷（电源与负荷）信号的动态匹配方面。

在配电网运行过程中，源荷信号的幅值突变是一种常见现象。当突变幅值超过可控范围时，会导致配电网主机无法跟踪源荷信号，进而影响电网的稳定性和供电质量。传统的配电网规划方法，如考虑源荷两侧不确定性及其相互影响的规划方法或基于随机性的电网规划方法，虽然在部分场景下能够缓解这一问题，但在高比例新能源接入的复杂环境下，其跟踪能力和适应性仍显不足。因此，如何在高比例新能源接入条件下实现配电网源荷信号的跟踪，成为当前电力系统研究的重要课题之一。

2 考虑高比例新能源接入的源荷状态识别

高比例电量输入比是指新能源电量在配电网输入电量中所占的比例，比例越高，表示配电网环境中由新能源供应所产生的电力信号总量越多。对于局域性配电网组织而言，通过以新能源代替常规能源，既能提高电量信号的利用效率，也可以保证负荷电量的传输质量。

设δ表示电力电量信号标记系数，aδ表示基于参数δ的新能源电量消耗向量，ΔD表示新能源电量信号的单位累积量，S表示新能源电量信号的实时接入特征。联立上述物理量，可将高比例电量输入比计算式表示为：

配电调度是根据高比例电量输入的条件，调节配电网组织中电量传输信号的配比关系。在实际应用中，配电网源荷跟踪的主要目的是解决电量幅值突变的问题。在进行配电调度后，新能源电量的占比越高，电量幅值突变的发生几率就越小。因此，完成配电调度就是利用相关源荷向量来确定调度参数的取值结果。

规定d表示标准配电系数，其计算式如下：

式中，χ表示电量传输信号的传输系数，g表示新能源电量信号的配比参数。

求解配电调度参数的过程中，d≠0,A ≠0的不等式取值条件恒成立。联立式（1）、式（2），可将配电调度参数计算结果表示为：

式中，α表示新能源电量的传输配比参数，f表示配电网源荷电量的负荷参数，hˉ表示新能源电量传输信号的传输均值，β表示电量传输信号的实时调度参数。

配电网源荷状态识别函数是在高比例新能源接入条件下，电网主机规划源荷信号所遵循的处理原则。对于配电网源荷状态识别的求解涉及电量传输信号的高比例接入量γ、配电网中的电量传输信号消耗量φ，源荷状态识别函数具体计算式如式所示：

式中，L表示高比例新能源接入源荷信号潮流量。在电量传输信号的单位传输周期内，高比例新能源接入电量传输信号潮流量越大，配电网组织所承担的电力运行压力就越大。因此为实现对配电网组织的规划，应使高比例新能源的输入保持稳定且为持续的状态。

3 配电网源荷的自动跟踪

源荷阵列数学表达式能够描述高比例新能源接入电量信号在配电网环境中的传输能力。阵列可以理解为电量数据的矩阵序列，其中电量信号的排列形式决定了配电网主机对电力负荷参量的跟踪处理顺序。

设Ô表示高比例新能源接入源荷信号的排列特征，ε表示配电网主机对于电力负荷参量，ϕ表示源荷信号序列，pmin表示源荷电力信号的带电量，pmax表示源荷电力信号的带电量。在上述物理量的支持下，联立式（4），推导配电网源荷阵列的数学表达式如下：

式中，ϕε表示源荷信号序列。源荷基波反映了高比例新能源接入下配电网源荷信号的波动特性。在配电网环境中，源荷基波会保持波动变化的状态，其大值不会超过源荷信号功率参数的大值，小值也不会低于源荷信号功率参数的小值。假设i表示高比例新能源接入下配电网电量信号的基频功率参数，其计算式如下：

式中，η表示源荷信号在配电网环境中的传输效率，U表示源荷信号的额定电压数值，I表示源荷信号的额定电流数值，R表示配电网组织的内阻数值。

联立式（5）、式（6），可将高比例新能源接下配电网源荷基波提取条件表示为：

式中，λ表示基波频率定义项，Pj表示高比例新能源接入下第j个配电网源荷信号的额定输出功率，E表示源荷信号的带电量参数，且P0≠0、E≠0的不等式取值条件同时成立。

跟踪向量影响配电网主机对高比例新能源接入下源荷信号的跟踪与处理能力。其取值属于(-∞,0)时，表示源荷信号的传输方向为负；其取值属于(0,+∞)时，表示源荷信号的传输方向为正[15-16]。对于跟踪向量的求解参考如下表达式：

式中，ΔQ表示高比例新能源接入下源荷信号的单位带电强度，μ表示配电网环境中的源荷信号实时跟踪参数，ν表示源荷信号的传输向量，C表示配电网主机对高比例新能源接入下源荷信号的实时跟踪特征。

当源荷信号传输方向与高比例新能源信号传输方向相同时，配电网环境中点电荷的单位累积量也相对较多。在执行跟踪指令时，配电网主机所需识别的基波参量也会就随之增多。

4 实例分析

文中实验通过研究源荷信号在单位传输周期内的幅值突变次数，来分析配电网主机对源荷信号的跟踪能力。选择高比例新能源接入下的配电网源荷自动跟踪方法、考虑源荷两侧不确定性及其相互影响的配电网规划方法和计及源荷随机性的电网规划方法进行对比实验。

源荷信号是一种常见的带电信号，其传输行为受到电量幅值的直接影响。一般情况下，在配电网保持稳定运行状态的情况下，电量幅值越大，源荷信号的带电能力越强。

幅值突变是一种难以避免的源荷信号传输现象。针对所选定的信号对象，其在某一位置处的幅值水平若具有突变特征，但并未超过额定突变值，则表示该类型突变属于源荷信号的可控性幅值突变行为，不影响配电网主机对源荷信号的跟踪能力；若信号幅值具有突变特征且超过额定突变值，则表示该类型突变属于源荷信号的不可控幅值突变行为，影响配电网主机对源荷信号的跟踪能力。

5安科瑞智慧能源管理平台概述

AcrelEMS 智慧能源管理平台是针对企业微电网的能效管理平台，对企业微电网分布式电源、市政电源、储能系统、充电设施以及各类交直流负荷的运行状态实时监视、智能预测、动态调配，优化策略，诊断告警，可调度源荷有序互动、能源全景分析，满足企业微电网能效管理数字化、安全分析智能化、调整控制动态化、全景分析可视化的需求，完成不同策略下光储充资源之间的灵活互动与经济运行，为用户降低能源成本，提高微电网运行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平台可以接受虚拟电厂的调度指令和需求响应，是虚拟电厂平台的企业级子系统。

平台结构

系统覆盖企业微电网“源-网-荷-储-充”各环节，通过智能网关采集测控装置、光伏、储能、充电桩、

常规负荷数据，根据负荷变化和电网调度进行优化控制，促进新能源消纳的同时降低对电网的至大需量，使之运行安全。

平台功能

1.能源数字化展示

通过展示大屏实时显示市电、光伏、风电、储能、充电桩以及其它负荷数据，快速了解能源运行情况。

2.优化控制

直观显示能源生产及流向，包括市电、光伏、储能充电及消耗过程，通过优化控制储能和可控负载提升新能源消纳，削峰填谷，平滑系统出力，并显示优化前和优化后能源曲线对比等。

3.智能预测

结合气象数据，历史数据对光伏、风力发电功率和负荷功率进行预测，并与实际功率进行对比分析，通过储能系统和负荷控制实现优化调度，降低需量和用电成本。

4.能耗分析

采集企业电、水、天然气、冷/热量等各种能源介质消耗量，进行同环比比较，显示能源流向，能耗对标，并折算标煤或碳排放等。

5.有序充电

系统支持接入交直流充电桩，并根据企业负荷和变压器容量，并和变压器负荷率进行联动控制，引导用户有序充电，保障企业微电网运行安全。

6.运维巡检

系统支持任务管理、巡检/缺陷/消警/抢修记录以及通知工单管理，并通过北斗定位跟踪运维人员轨迹，实现运维流程闭环管理。

安科瑞系统解决方案还包含电力运维云平台、能源综合计费管理平台、环保用电监管云平台、充电桩运营管理云平台、智慧消防云平台、电力监控系统、微电网能量管理系统、智能照明控制系统、电能质量治理系统、电气消防系统、隔离电源绝缘监测系统等系统解决方案，覆盖企业微电网各个环节，打造准确感知、边缘智能、智慧运行的企业微电网智慧能源管理系统。

审核编辑 黄宇