當前電網調度基本采取“源隨荷動、只調整集中式發電”的傳統調度模式，負荷和儲能未納入調度范疇。隨著新能源和直流的快速發展，儲能等新技術不斷涌現，電網特性日趨復雜，傳統“源隨荷動”的調度模式已難以為繼，面臨一系列問題。

有學者分析了我國新能源并網及消納的基本情況，闡明了產生棄風、棄光問題的根源。以華東地區為例，分布式光伏“盲調”現象普遍，調管范圍內分布式光伏信息采集率僅為54.7%，其中無線采集達45.9%，數據實時性、可靠性較差，且對分布式能源管控能力不足，主要表現在：

①電網頻率安全風險增大，超過1200萬kW的分布式光伏接入低電壓等級電網，頻率耐受能力差，在直流故障、頻率異常情況下會大規模無序脫網，進一步增大功率缺額，降低電網頻率，引發聯鎖故障風險增大；

②電力平衡與調峰壓力不斷增加，隨著特高壓工程投運，浙江、江蘇、安徽等省受端電網特征明顯，分布式光伏爆發式增長，與集中式光伏、風電、水電等易形成疊加效應，加劇了電網調峰困難；

③無功平衡電壓控制問題更加突出，國慶、春節等假日，電網負荷下降明顯，無功大量過剩，在分布式光伏大發時，電網局部區域有功倒送嚴重，使系統電壓進一步提升甚至越限，影響系統電壓穩定性；

④電能質量水平下降明顯，分布式光伏并網過于集中時，易導致并網點或母線電壓長期接近或超電壓上限運行，造成設備絕緣下降或損壞，光伏變流器等電力電子元件大規模接入電網，易導致諧波、電壓閃變、三相不平衡等電能質量超標。

針對以上問題，亟需推動由傳統的“源隨荷動”調度模式向“源網荷儲多元協調調度控制”模式轉變，接入網源荷儲各環節信息，通過市場化手段挖掘資源潛力，保障系統安全，實現新能源柔性消納。

有學者通過國網公司提出的調控云總體規劃，通過建設模型數據平臺、運行數據平臺、實時數據平臺、大數據平臺四個平臺的基礎和有關文獻闡述了泛在電力物聯網的技術架構、標準架構和應用架構的構想，可以實現電力系統各類設備信息的交互，實現電網安全經濟運行、供需關系平衡、交易快速響應。

本文提出了利用物聯技術和調控云架構技術，建立源網荷儲綜合資源管理系統從而實現集中式新能源場站、分布式電源、儲能、電動汽車等新型能源和用能設備信息接入，實現源、網、荷、儲各環節運行態勢全景感知。探索全局優化和協調控制等關鍵技術，提升分布式電源柔性消納、發電與負荷精準控制、源網荷儲多元協調和新能源場站精益控制能力，實現泛在調度控制，保障電網安全穩定運行，促進清潔能源消納，提升調度精益化水平。

1 源網荷儲多元協調控制的特點

由于我國的新能源廠站數量遠遠大于常規火電等常規能源，新能源的大規模接入必然帶來消納和調度運行管理問題。以華東地區為例，該地區據統計有約40萬個以上的配電臺區、3000余個新能源廠站、近百萬戶分布式光伏、3.3萬個充電樁、1座綜合能源體以及一百多座用戶側儲能電站等海量繁雜的新能源各類信息及其靜態臺賬、動態運行、統計分析信息。同時由于新能源信息的不確定性和波動性較大，對于新能源參與調度控制優化運行的難度也隨之加大。對于各類海量新能源信息的精細化管理是保證新能源消納、提高電網穩定運行的基礎。

為解決上述難題，創新開展了“源網荷儲多元協調調度控制”技術試點。源網荷儲多元協調控制的“多元”信息向“信息采集廣度和應用深度”兩個方向擴展，將電力系統中的“源、網、荷、儲”構建為獨立的源網荷儲資源綜合管理平臺。

首先將“多元”信息的采集擴展，“源”中除了傳統火電、抽蓄、核電等常規電源信息接入，還增加了集中式、分布式風電、光伏、虛擬電廠等多種能源；“網”除了傳統的輸配電網、熱能網的物理方式還增加了無線專網、光纖專網等新型物聯網接入手段；“荷”中除了電網、居民用電負荷，還將電動汽車、負荷聚合商、智能樓宇、非工空調、工業大用戶等多種負荷資源接入監控聚合；“儲”是將電網側儲能、用戶側儲能等多種類型倉儲或儲備的能源接入及監視聚合。除此以外還對外部環境如氣象、山火、臺風、密集通道、地理信息等各類泛在信息接入匯集，對電網整體全息感知起到輔助作用。

其次在信息采集的深度上突破傳統調度的集約，進一步提升對電網整體全景的感知能力，通過匯集的靜態、動態數據，采用互聯網思維方式，運用大數據技術進行數據清洗，挖掘數據價值，分析各類數據從而深化擴展數據應用的深度，在傳統調度數據的基礎上結合接入的儲能、電動汽車、綜合能源體等資源特性和分析結果參與電網調頻、調峰資源更好的促進清潔能源的消納。進一步將“智能”電網擴展為源網荷儲的“智能互動”的多元協調的調度控制系統。

在源網荷儲多元協調資源管理平臺中控制也是極其重要的，通過對各類新能源信息的監視與交互，優化新能源場站實時功率和變化趨勢，預測風電、光伏發電功率。同時，針對全網負備用不足導致新能源消納受限的問題，通過調控云技術手段基于網、省、地、縣四級調度的發電計劃、負荷預測、新能源發電預測和機組調節空間等數據，從日前、日內以及實時三個時間尺度對全網新能源消納空間進行在線計算，對消納空間不足的情況發出預警，根據新能源消納缺口情況，在線發布電網調節需求，引導泛在可調資源主動參與能力申報和互動響應，促進新能源柔性消納。

上述功能目前智能調度控制系統暫無法支持，同時調控云的相關平臺相對獨立，針對新能源的場景平臺相對薄弱，需要根據新能源的信息接入特點加以改造配合。通過制定源網荷儲泛在資源數據接入標準，結合云計算、大數據、區塊鏈等最新技術，建設源網荷儲泛在資源綜合管理云平臺，打通不同調控機構間的信息壁壘，實現海量新能源和可調資源的匯聚和在線感知；在此基礎上，開展各應用場景下調度新能源消納能力評估和泛在資源互動響應關鍵技術的研究及試驗，最終實現源網荷儲多元協調的泛在調度控制。

2 源網荷儲資源綜合管理技術架構

源網荷儲泛在資源綜合管理系統架構如圖1所示。源網荷儲泛在資源綜合管理系統技術架構分為接入層、網絡層、平臺層、應用層。

1）接入層通過物聯技術，完成集中式新能源場站、分布式電源、儲能、電動汽車、負荷聚合商、智能樓宇、非工空調、工業大用戶、虛擬電廠等新型能源、用能設備等信息接入，實現源-網-荷-儲各環節運行態勢全景感知，通過邊緣計算等技術實現業務的實時性和數據優化。

2）網絡層通過局域網、安全接入網、資源高速同步網、無線專網、光纖專網等各類網絡資源，提升各級之間的效率，滿足源網荷儲泛在資源各類應用場景的需求。

3）平臺層通過數據平臺接入標準將各類海量數據根據其來源、類型、結構化差異等特點打破由于差異導致的數據壁壘，建立統一平臺標準，通過大數據和數據清理技術提高數據質量和實時共享性。利用平臺標準化和開放性為上層應用提供統一服務。

圖1 源網荷儲泛在資源綜合管理系統架構

4）應用層通過各應用的數據分層共享方式、高效的數據縱向流動、信息全感知來實現源網荷儲互動的日內協調優化、計及調峰調頻約束的源網荷儲日內計劃優化決策等功能，泛在可控資源協調控制按照分層分區分時的控制原則，完成電網各類可控資源的校正協調控制、自動發電控制AGC（Automatic Generation Control, AGC）、發用電執行效果評估及考核管理功能，增強調度運行工作的及時性、方便性和快捷性。

3 源網荷儲資源綜合管理系統關鍵技術

源網荷儲資源綜合管理系統體系架構的關鍵技術包括海量數據統一管理技術、多源數據統一融合技術、多源數據統一服務技術、資源全息感知與決策等。

3.1 海量數據統一管理技術

源網荷儲資源的數據來源各異，包含不同類型、時間和空間尺度的海量數據，同時兼具高速生成、時效性高和準確性不一致等顯著特點，如何實現海量數據的統一接入分析及數據挖掘。首先制定源網荷儲泛在資源數據接入模型標準。

有學者對調控云架構和面向調控云的電力調度通用數據結構進行闡述。本文在此基礎上借鑒上述文獻的研究方法及成果，結合電網調控云技術和新一代系統的發展，以《電力調度通用數據對象結構化設計》為基礎，結合接入各類泛在資源在時間和空間多維度要求建設。

泛在資源建模如圖2所示，在建模方式上總體分為三大類：①單體模型，主要針對單個新能源廠站、綜合能源體、負荷聚合平臺以及車聯網等，得到單個對象的資源和調節能力，用于上層的資源聚合和綜合展示；②聚合模型，是在單體模型的基礎上按照線路、主變壓器、廠站、臺區、分區、行政區域以及全網為對象進行聚合建模，用于設備越限消除、備用控制和電力平衡等多方面的分析計算和決策控制，華東地區建模示例如圖3所示；③其他外部環境如氣象、山火、臺風、密集通道、地理信息等各類泛在數據，用于全息感知輔助分析。通過單體模型和聚合模型相結合構成統一的整體，滿足綜合展示并分析決策各方面的需求。

圖2 泛在資源建模

圖3 華東地區建模示例

參考元數據通用數據對象建模方式，設置唯一ID編碼規則，按照實際需求和通用模型的共享規范實現各類模型標準、規范。以電動汽車聚合單元模型為例，具體見表1。

表1 電動汽車聚合單元模型

通過海量數據統一管理技術將如營銷側接入的分布式光伏信息、無線公網/專網等方式接入的低壓側分布式電源信息、互聯網部數據中臺的各類跨部門跨專業數據進行統一在線建模和實時抽取，實現了平臺型、共享型的物聯網平臺。

3.2 多源數據統一融合技術

泛在就是通過物聯網將不同類型、不同空間的設備連接在一起，隨之產生的大量數據需要存儲、共享和管理。以機器學習、人工智能的發展和應用為泛在物聯的數據處理提供了有力的技術支持。

有學者闡述了采用流處理和批處理方式的隨機矩陣相關算法，應用于配用點數據的采集、處理和應用。有學者針對監控系統運行數據、預測數據分析和處理的需求提出了“數據—模型—應用”的技術手段來實現數據的規范化接入和數據全過程處理，實現大數據應用分析和建模，由傳統的驅動型向智能化的轉變。

有學者提出采用動態樹形架構實現“資源調度分級管理、計算服務全局共享”的設計理念，討論平臺如何實現多級調度協調管理和計算資源優化分配。為了有效地跟蹤源-網-荷-儲各環節運行態勢全景感知，對各環節的實測數據、預測數據、外部環境數據等多維度多源時空的基礎數據進行全方位、高效的融合。由此提出了適應泛在系統的多源數據統一融合技術。該技術將匯集的各類基礎數據進行實時統一融合處理，進行數據異常清洗及校正、時間空間的自適應修補，讓智能全景態勢感知分析更加精準。

泛在多源數據統一融合流程如圖4所示，主要包括三個關鍵技術點：①將不同空間下的信息進行匹配、聯合和過濾，使不同維度的量測信息可以同步到統一基準時間下，完成異構空間信息數據的不同步問題；②數據智能清洗技術，該技術利用大數據及人工智能手段完成信息數據的智能清洗過濾，根據一定規則校正異常數據，提高基礎數據的可靠性；③多源空間數據的統一分布式存儲及實時抽取技術，根據不同場景要求和算法分析提供全面精確的統一數據格式，提供不同場景下智能電網感知應用分析的準確性和高效性。

圖4 泛在多源數據統一融合流程

3.3 多源數據統一服務技術

源網荷儲資源綜合管理平臺通過前面兩個關鍵技術匯集了各類不同維度的數據資源，對內為電網運行、市場交易、調度管理、計劃檢修提供基礎數據與技術支撐，對外為其他類企業和電力用戶提供電力交易所需電網運行信息，服務政府部門宏觀調控等工作。

傳統的數據服務一般采用斷面數據訪問方式或文件方式提供準實時數據服務，不論是在電力系統內部還是對外提供數據都存在較高的門檻，阻礙了泛在的發展并且成為泛在廣泛應用的一個阻礙點。通過多源數據統一服務技術，采用廣域服務代理的廣域服務總線實現對遠程服務的發現、定位和訪問，采用消息總線作為信息傳輸通道實現數據傳輸，使用規范的數據結構定義數據流模型，其接口參數主要包括接收數據域、數據結構的標識及待發送數據等信息。發送消息服務生成數據包后進行傳輸；接收消息服務接收到數據包后，根據數據流定義進行數據投遞。

泛在多源數據統一服務流程如圖5所示。此服務屏蔽了多維度數據存儲位置，實現了對各類數據的統一訪問。這一技術體現了服務化為系統開放性帶來更強的優勢，實現按需服務實時共享的目標。

圖5 泛在多源數據統一服務流程

3.4 資源全息感知與決策

電力系統的發電、輸電、配電、用電、儲能等各環節的狀態信息和監控系統運行信息被實時感知，同時控制系統如AGC、自動電壓控制（Automatic Voltage Control, AVC）、區域控制偏差（Area Control Error, ACE）等控制狀態的實時感知，此外還包括氣象、山火、密集輸電走廊等與電網直接或間接相關的環境信息感知。

利用大數據及人工智能的方法，采用仿真分析和事件驅動的模式，對電網運行的實際情況及故障反演其發展過程，形成故障前以經濟優化為目標的控制方式，故障中以電網安全性為目標的控制方式，故障后以電網運行恢復為目標的控制方式，保證電網在真實運行場景下安全穩定經濟運行。

例如基于臺風預測數據，結合地理GIS圖展示臺風名稱、風圈大小及強度、預測路徑以及可能影響的設備，并以動畫形式展示臺風的演變過程，通過臺風路徑、臺風等級、臺風半徑等預報信息，同時結合桿塔地理位置及設計參數，自動智能識別N-1、N-2、N-3故障集的發生時間和發生概率，將臺風識別出來的預想故障集納入電網靜態安全分析中，評估未來時段臺風對電網可能造成的影響，并給出影響程度的預警信息，根據判定結果，按照常規數據挖掘軌跡模式（關聯、聚類、分類、預測）方法形成基于網、省、地、縣四級調度的發電計劃、負荷預測、新能源發電預測和機組調節空間等數據。從而實現對大電網組態模擬的精準化廣域協同控制，提升大電網安全經濟綜合運行水平和抵御風險能力。

4 源網荷儲多元協調控制系統示范應用

依據本文研究內容，在華東電力調控分中心建設了全國首套完整的源網荷儲多元協調控制系統并進行了資源響應示范應用。通過構建江蘇同里綜合能源體、電動汽車公司、電網側儲能在線監測及協調控制系統彈性負荷控制實現華東地區的源網荷儲多元協調優化控制。

1）建立全國首套“源網荷儲”綜合資源管理平臺，通過統一規范的平臺系統實現了海量新能源包括江蘇同里綜合能源體、電動汽車公司、用戶側儲能、虛擬電廠、分布式集中式風電光伏的接入、聚合及展示。綜合資源管理平臺利用本文闡述的海量數據統一管理技術、多源數據統一融合技術、統一服務技術和資源全息感知與決策技術，實現了“多元”數據融合統一處理、多層級數據服務訪問等功能模塊。完成了華東地區45.8萬個配電臺區分布式光伏、3300余個新能源廠站、136萬戶分布式光伏、3.3萬個充電樁、1座綜合能源體等新型能源信息的接入、監視及可視化展示。

2）在此基礎上，開展新能源消納能力評估和源網荷儲資源互動響應試點應用。如2019年華東區域安徽電網新能源（風電203萬kW、光伏901萬kW）出力占用電負荷最大比例達到46%，受調峰能力和網架結構影響，安徽電網及其內部淮宿分區（風電31萬kW、光伏128萬kW）在負荷較低的節假日期間新能源消納面臨較大壓力，所以考慮充分調動四級（網-省-地-縣）調度調節資源，深挖地、縣調非統調電源、省調常規電源、皖電東送機組的調峰能力，進一步提升安徽新能源消納空間。

試點通過源網荷儲綜合資源管理平臺發布調峰需求，利用電動汽車公司、同里區域綜合能源體等資源的可調能力，支援安徽區域的午間新能源消納，減少電網峰谷差，降低電網運行風險。

華東調控分中心選擇在國慶期間華東地區新能源消納形勢最為嚴峻的安徽電網作為試驗對象，根據新能源消納形勢，該試驗在周、日前和日內實時調節三個時間層面開展，整體試驗邏輯如圖6所示。

整體試驗過程分為三步：

1）在周計劃層面，國慶前編制周電能平衡計劃時，華東分部調控分中心在安徽省內初步計劃平衡的基礎上，匯集安徽省調、宿州地調、碭山縣調多級調度調節資源，將安徽電網的新能源消納平衡缺口降低了60萬kW。

2）在日前層面，9月30日針對安徽電網10月1~3日午間新能源大發時段分別存在75萬kW、40萬kW、40萬kW負備用缺口，華東分部啟動華東區域日前調峰輔助服務市場，利用市場手段基本解決了安徽負備用缺口。

3）對于預計剩余的10月1日午間的5萬kW左右新能源消納缺口，安徽省調通過華東電網源網荷儲資源綜合管理平臺發布了10月1日11:30~12:30時5萬kW泛在資源響應調節需求。通過該平臺上的優化控制模塊進行在線閉環自動匹配，將接入控制的江蘇同里能源體日前響應匹配成功發電下調能力0.4 MW，國網浙江電動汽車日前響應匹配成功的充電負荷上調能力為0.2MW。

在日內10月1日當天，由于安徽地區實際氣溫較預測偏高近3℃，當日午間實際負荷較預測偏高，安徽新能源消納壓力有所緩解。華東分部調控分中心通過模擬安徽電網調峰負備用需求，在線匹配江蘇同里能源體和浙江余杭電動汽車充電站實時上下可調節能力變化情況，進行互動響應，經匹配確認實際利用江蘇同里智慧能源體儲能VRV（variable refrigerant volume）空調、可調路燈等資源的靈活調節能力協助安徽電網調峰。

圖6 源網荷儲資源響應試驗邏輯圖

通過華東分部調控分中心、安徽省調、宿州地調、碭山縣調四級調度共同協同，實現安徽電網新能源的安全可靠消納。該試驗既驗證了華東分部四級調度協同新能源消納機制建設及管理流程有效的，也表明將電網系統各處未被有效利用的“多元”調節資源參與電網互動響應, 發揮協同價值在技術路線上是可行的。

5 結論

本文論述了傳統的“源隨荷動”調度模式向“源網荷儲多元協調調度控制”模式轉變發展方向，基于此設計源網荷儲多元協調控制系統。首先介紹了該系統的總體四層架構，其次闡述了實現源網荷儲的各應用場景支撐的四個關鍵技術，最終落地在華東分部調控分中心進行試驗實現了“源-網-荷-儲”互動。

目前華東電網在源網荷儲多元協調調度控制方面只是進行了初步嘗試與探索，未來隨著更多負荷聚合商、綜合能源體、用戶側儲能以及柔性非工空調等可調資源的接入，預計華東將擁有超過300萬kW柔性調節資源參與電網協調控制，華東的源網荷儲多元協調控制系統設計理念超前、技術架構先進，具有代表性和典型性，充分展示了電網搭建資源配置平臺服務能源轉型的關鍵作用。

以上研究成果發表在2021年第15期《電工技術學報》，論文標題為“源網荷儲多元協調控制系統的研究及應用”，作者為孫惠、翟海保 等。