新型城市电网调控体系架构及关键技术

摘要：双碳目标下城市电网运行环境和形态出现新的特征，导致城市电网向新型城市电网转变，仅依靠主网的调控模式难以满足其运行需求，亟需建立对应的NUPG调控体系架构。本文首先从系统论角度，论述了新型电力系统出现的结构性矛盾，预判了城市电网即将出现的新形态和新业态。在此基础上，分析了NUPG的几种可能发展模式，构建了初级发展模式下的NUPG调控体系架构，分析了该架构对应的调控任务、调控对象和需要解决的主要基础性关键技术问题。最后，设计了NUPG调控平台，可向下调控内部资源解决内部运行矛盾，向上分担主网调控压力辅助解决系统性问题，有效支撑新型电力系统运行。

关键词：新型城市电网；调控体系架构；负荷调控；调控平台

引言

在能源转型和数字化转型的双重驱动下，传统的城市电网调控体系已难以满足新时期的发展需求。构建新型城市电网调控体系，已成为学术界和产业界共同关注的重要课题。

1新型城市电网的特征与挑战

1.1新型城市电网的主要特征

新型城市电网作为现代化城市的重要基础设施，呈现出鲜明的特征。首先，在能源供给方面，形成了以常规电源为基础、分布式新能源为补充、储能系统为调节的多元化供给体系。常规电源包括火电、水电等传统发电方式，分布式新能源涵盖光伏发电、风力发电等清洁能源，储能系统则包含电化学储能、物理储能等多种形式。其次，网络结构呈现出显著的复杂化特征，形成了从高压输电网络到中低压配电网络的多层次结构，各层级之间存在着强耦合关系，能量流动更加灵活多变。

1.2面临的主要挑战

新型城市电网在发展过程中面临着多方面的挑战。系统可靠性方面，大规模新能源的接入带来了显著的功率波动和不确定性，光伏发电受天气影响、风力发电的间歇性等特点，都给电网的稳定运行带来了巨大挑战。在调控复杂性方面，多元化的能源形式使得系统协调控制难度加大，需要考虑不同类型能源之间的互补特性，以及各种能源设备的运行约束。安全性要求日益提高，不仅要确保电力系统本身的安全稳定运行，还要防范信息系统面临的网络攻击和数据泄露风险，需要建立完善的安全防护体系。

2新型城市电网调控体系架构

2.1总体架构设计

新型城市电网调控体系采用层次化的架构设计，通过四个功能层次的有机组合，实现系统的高效协同运行。在底层设置感知层，通过部署智能传感器、智能电表、PMU装置等先进设备，实现对电网运行状态、设备工况、环境参数等数据的全面采集与监测。网络层作为连接感知层和平台层的桥梁，采用5G、工业以太网、光纤通信等先进技术，构建高速、可靠、安全的通信网络，确保数据传输的实时性和可靠性。平台层是系统的核心，提供强大的计算资源和存储能力，采用分布式计算、云计算等技术，实现海量数据的处理、分析与挖掘。

2.2功能模块设计

新型城市电网调控体系的功能模块设计采用模块化、标准化的思路，构建了完整的功能体系。监测与评估模块主要负责实时监测系统运行状态，包括设备运行参数监测、系统运行态势感知、性能指标评估等功能，为系统运行提供基础数据支撑。预测与决策模块是系统的大脑，通过深度学习等人工智能技术，实现负荷用电行为分析与预测、新能源发电出力预测，并基于预测结果制定优化的调度策略。控制执行模块是系统的执行单元，负责电压调节、功率平衡控制、故障快速隔离与处理等关键控制任务，确保系统安全稳定运行。协同管理模块实现系统各要素之间的协调互动，通过需求侧响应管理、分布式能源协调控制、多个微网之间的能量互补等手段，提高系统整体运行效率。各功能模块之间通过标准化接口实现数据交互和功能协同，形成一个有机整体。

3关键技术研究

3.1智能感知与测量技术

智能感知与测量技术是新型城市电网调控体系的基础支撑。广域测量系统（WAMS）的应用实现了对电网关键节点的高精度、同步相量测量，通过PMU装置的优化部署，可获取电压、电流、相角等关键参数的实时数据。系统采用GPS对时技术，确保测量数据的时间同步性，为电网状态评估和动态监控提供可靠依据。在智能传感器网络部署方面，采用分层分区的策略，根据配电网拓扑结构特点和监测需求，合理规划传感器布置位置和密度。传感器类型包括温度传感器、湿度传感器、局部放电传感器等，形成全方位的状态监测网络。高精度测量设备的研发与应用方面，重点突破了新型电子式互感器、光电复合传感器等关键技术，显著提高了测量精度和可靠性。

3.2大数据分析与处理技术

3.1智能感知与测量技术

智能感知与测量技术是新型城市电网调控体系的基础支撑。广域测量系统（WAMS）的应用实现了对电网关键节点的高精度、同步相量测量，通过PMU装置的优化部署，可获取电压、电流、相角等关键参数的实时数据。系统采用GPS对时技术，确保测量数据的时间同步性，为电网状态评估和动态监控提供可靠依据。在智能传感器网络部署方面，采用分层分区的策略，根据配电网拓扑结构特点和监测需求，合理规划传感器布置位置和密度。传感器类型包括温度传感器、湿度传感器、局部放电传感器等，形成全方位的状态监测网络。高精度测量设备的研发与应用方面，重点突破了新型电子式互感器、光电复合传感器等关键技术，显著提高了测量精度和可靠性。

3.2大数据分析与处理技术

大数据分析与处理技术是实现电网智能化调控的核心要素。在海量数据实时处理方面，采用分布式计算框架和流式处理技术，构建了多层次的数据处理体系。通过数据分片、并行计算等技术，实现了毫秒级的数据处理能力。在人工智能算法应用方面，开发了基于深度学习的负荷预测模型、基于强化学习的调度优化算法、基于图神经网络的故障诊断方法等，显著提升了系统的智能化水平。电网状态评估与预测模型采用组合建模方法，融合物理模型和数据驱动模型的优势，提高了状态估计的准确性和预测的可靠性。同时，通过引入知识图谱技术，实现了电网知识的智能化管理和深度挖掘，为决策支持提供了有力工具。建立了包括数据清洗、特征提取、模型训练、结果验证等完整的分析流程，确保了分析结果的可靠性。

3.3先进控制与优化技术

先进控制与优化技术是保障电网高效运行的关键。分层分布式控制策略采用"主控+区域控制"的架构，实现了系统控制的分层协调。主控层负责全局优化目标的分解和协调，区域控制层根据本地信息执行具体控制策略，通过双层迭代优化实现全局最优控制。自适应优化算法方面，开发了基于模型预测控制的自适应调节方法，能够根据系统状态和外部环境的变化，动态调整控制参数和策略。在多目标协调控制方面，构建了考虑经济性、可靠性、环保性等多个目标的综合优化模型，通过帕累托最优解集的动态寻优，实现了多目标的均衡。

结束语

通过智能感知、大数据分析、先进控制和安全防护等关键技术的深度融合，将显著提升电网的智能化水平和运行效率。未来，在人工智能、区块链等新技术的驱动下，城市电网将向着更加智能、安全、绿色的方向演进，为城市可持续发展提供坚实的能源保障。

参考文献

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