运行决策

虚拟电厂参与电网需求响应已成为新型电力系统削峰填谷的重要手段，提高虚拟电厂在电力市场的获益能力十分关键。为此，提出一种考虑可调市场和外部需求响应的虚拟电厂优化运行策略。首先，建立调节市场（regulating market，RM）和需求响应交换市场（demand response exchange market，DRXM）模型；其次，考虑外部需求响应（external demand response，EDR）灵活性，建立虚拟电厂参与日前和调节市场的运行决策框架。DRXM作为多个EDR供应商的聚合者，向虚拟电厂提供EDR服务，降低RM的不平衡惩罚，提高虚拟电厂经济性；然后，构建虚拟电厂双层优化运行模型，上层虚拟电厂通过参与DRXM降低RM惩罚，实现利润最大化，下层配电系统运营商通过清除日前和调节市场偏差，实现运行成本最小化，采用KKT条件将优化模型转化为单层问题求解；最后，以改进IEEE 33节点配电网系统进行算例分析，验证了所提策略对虚拟电厂获益能力提升的有效性。

本项目结合科研项目和规划实践经验，自主研发了适应规划、运行模拟到效益评估等不同应用场景的全场景电力规划运行决策平台，以多区域电源与电力流优化系统GESP和全景电力系统运行模拟分析系统NEOS为核心，以技术经济评价为特色，在支撑政府决策、电网发展和科学研究层面取得了良好的实践应用效果，通过长期迭代测试和实践应用，GESP和NEOS已达到较为实用和成熟的水平，直接应用于国家工程院重大战略咨询专项“电力碳达峰碳中和路径研究”、能源局中长期核电发展规划、储能技术发展趋势研究等重大决策研究分析，并支撑国家电网公司“十三五”、“十四五”电网规划，NEOS集成入新能源云平台在27家省公司新能源消纳滚动分析方面实现常态化应用，产学研用全环节应用效果显著。依托该项目累计公开发表高水平论文22篇，论著1篇，获得专利授权7项，专利受理5项，软件著作权4项，项目整体成果具有较强的创新性和广阔的实践应用价值，得到包括院士在内的鉴定专家高度评价，认为项目总体达到国际先进水平，在高比例新能源电力系统全景运行模拟、多区域电源与电力流优化规划模型及方法方面达到国际领先水平。

特高压交直流的建设与大规模新能源接入使大电网的调控越来越复杂,而数字孪生能够为电网向数字化转型、提高电网调度运行决策的准确性与实时性提供关键技术支撑。文章首先建立复杂大电网数字孪生虚拟模型,提出实现电网物理系统与数字孪生系统的实时信息交互和协同控制方法,并构建电网数字孪生软件平台。然后介绍基于数字孪生的秒级在线分析系统的架构及实施方案,将在线分析系统的响应速度由分钟级提升到秒级。最后对于数字孪生在复杂大电网调度运行的4个方面应用场景进行探讨。

为解决高比例新能源的接入给电网安全稳定性带来的潜在威胁，采用综合评价法实现新能源电力系统安全性评估和薄弱系统辨识，提供更加全面的系统安全运行决策参考信息。首先，建立新能源电力系统安全性评价指标体系，其次，分别采用决策实验与评价实验室(decision-making trial and evaluation laboratory，DEMATEL)法与反熵权法计算指标的主客观权重；第三，依据相对熵思想计算综合权重；最后，以改进的IEEE-118母线不同渗透率新能源电力系统为参考，采用多准则妥协解排序法(Više-Kriterijumska Optimizacija I Kompromisno Rešenje，VIKOR)进行综合评估与优劣排列分析和灵敏度验证。不同新能源渗透率电力系统安全性排序为：10 %>40 %>20 %>30 %>50 %，其评估结果可在实际工程中参考应用。

在复杂煤种条件下，如何有效提火提升企业在燃煤购、配、烧各个环节的节能、环保潜力，实现全供应链主动式配煤参烧，获得电厂经济指标、安全指标和环保指标的协同优化，成为燃煤火电企业驱待解决的重大现实问题和重要技术难题。本项目从配煤煤种煤量、环保效益、经济效益和安全稳定性等综合考虑，依托于先进的计算机技术、信息技术，结合专业理论知识及工程应用经验，借助于大数据挖掘算法实现配煤接烧和燃煤采购综合决策优化，是火电企业节能减排的重要手段，对示范引领“两化融合”新业态具有重大意义。 本项目建立了燃煤电厂的购、配、烧等燃料全流程一体化决策体系，开发了配煤接烧智能决策系统，自动计算燃料采购最优计划、配煤接烧策略等生产策略，具有3个新突破，实现了燃料管理的创新，主要创新点如下：（1）以降低供电综合成本为参烧日标，基于BP神经网络算法搭建了混煤特性预测模型，对线性配煤结果混煤煤质特性和非线性配煤结果包括混煤着火特性、结渣特性、机组环保排放浓度、机组锅炉效率、机组供电煤耗等安全、环保、经济指标进行预测，实现了混煤特性预测的新突破；（2）以供电综合成本最低为寻优目标，基于遗传算法搭建了满足煤质约束、锅炉运行特性约束、设备约束、存煤结构约束及来煤约束等条件以及总发电量要求的参烧运行决策寻优模型和燃煤采购决策寻优模型，实现了配煤参烧智能决策的新突破：（3）通过集成数字化煤场和SIS数据，建立参配在线评价模型，从安全、经济、环保三个维度对参烧效果进行综合评价，实现了参烧效果全面评价的新突破。

核电厂运行工况和工艺过程复杂，运行安全要求极高，新建核电厂普遍采用数字化仪控系统，海量监视和报警信息、异常和故障识别、事故工况复杂决策和执行等一系列问题成为行业关注的技术难题。 本项目确立了数字化核电厂监控、分析和决策中的人机融合实施策略，结合人员认知模型，明确了人机任务分配，从而确立了人机融合实施策略，并基于此开发了包括报警监视和优化处理、事故处理运行决策和响应、复杂运行功能计算分析功能有机集成的操纵员运行决策平台，提升了数字化核电厂操纵员的运行决策效率和任务执行的准确性。编制发布了能源行业标准NB/T 20270-2014《人因工程在核电厂计算机化运行规程系统中的应用准则》。建立了一套适用于核电厂全工况、支持电厂运维团队协同的运行决策方法。针对核电厂复杂的工艺过程关联和大量监测仪表信号，需要在各种工况下辨识有效表征信号，定位/诊断异常和安全挑战，所研发的基于模型的仪控系统信号优化处理和监控应用、报警优化处理及故障诊断、计算机化事故规程响应技术和方法，为电厂安全运行建立了运行决策基础，同时也支持包括就地的运维团队协同。特别的，该平台支持严重事故所特有的非确定性条件下的高认知要求决策和多中心协同。自主研发国内首套功能完备的高可靠性、可用性、灵活性的操纵员运行决策平台，提供双机冗余和数据同步机制，保障计算和处理数据的一致性；采用模块化建模技术和面向对象设计方法，提供跨DCS平台的标准接口，实现了高内聚低耦合的目标，具有更好的重用性、维护性和扩展性。首次提出了一套核电安全重要软件开发、测试和验证方法论和实施体系，建立了一体化开发、测试和验证平台。常规软件开发要求不能有效地满足核电特殊应用下的信息安全和人因工程要求，相关工具也不支持全生命周期的高效集成，本成果建立了包含设计、仿真验证、组态运行、集成验证以及运行反馈的一体化平台，将软件开发成熟度模型和核电仪控系统软件开发质量要求相融合，并创新性地将全生命周期的软件验证和确认、人因验证和信息安全测试等活动结合，提升了核电仪控运行软件的开发质量和效率。 本成果3项核心技术经核能行业协会鉴定认为均“达到国际先进水平”，”突破了国外公司的技术壁垒”。项目申请专利12项，其中3项发明和3项实用新型专利已授权，获得软件著作权7项，发表论文7篇，发布行业标准1份；获得12项企业技术秘密。

随着云南电力市场化建设不断推进和市场交易品种的不断丰富，电力结算业务日益庞杂。加之云南电力市场存在多元的电价体系、多维交易模式自适应结算响应、数据多系统交互整合、复杂数据结果审核与校验等等一系列实际操作难题。如何构建一个快速、准确、高效、智能的，适应云南复杂多维电力交易模式的结算体系成为云南电力市场化交易进一步发展进程中亟待解决的关键性问题。本项目针对云南电力市场复杂量价环境下结算面临的问题和难点，首先基于时序递进、品种协同、多价区、适度竞争的电力市场交易体系，厘清从日前到年度多周期，省内和省外市场，双边协商、集中撮合、自主挂牌、合约转让等多维度市场交易的复杂量价关系，提出了基于最小颗粒度演进的自适应结算方法和体系。其次开发了与自适应结算方法协同的多元异构数据互联互通技术，实现了交易系统与电力调度、营销、计量、财务等电力系统内部及银行系统、税票系统等外部系统数据交互，实现了电力市场全流程电子化结算，提高了市场交易管理效率，有效地降低了市场交易成本。同时，依托“互联网+”技术，将电力用户电费计费参数完整植入结算系统，构建了全周期结算数据逻辑审核链，以保障自适应模式下结算数据准确；提出“直推算费”的机制，替代“退补算费”机制，有效地提升结算效率及准确性，避免电费退补产生的系统性风险。最后基于大数据分析、数据透视技术和逐日清算机制，提出了一种综合信息全周期管理的电力交易风险评估技术，为市场主体提供了识别潜在违约风险的数据支持服务，为政府提供了经济运行决策参考信息。整个结算系统设计科学合理，运行高效，操作便捷方便，有利的支撑了云南电力市场化结算工作。截止 17 年底，结算系统已推广应用于云南省全部 17 家地市供电单位和 70 家县级供电单位，覆盖 5218 家大工业用户、355 家发电企业、73 家售电公司，为各市场主体节约了人工成本，获得了各市场主体，供电单位的一致好评。项目获得国家发明授权专利 2 项，软件著作权 1 项，发表论文 6 篇，撰写出版专著一本。并在 2018 年 2 月 27 日南网科技部组织的鉴定会中被鉴定专家组评价为：整体达到了国际先进水平，在电力市场交易自适应结算方法和体系、分层结算软件系统设计和研发等方面达到了国际领先水平。

本项目立足于电力系统安全运行第一道防线，以提高电力保护系统信息分析处理智能化水平、实现电力保护系统智能决策为目标，针对数据分析效率低、数据源广度不够、数据价值挖掘不足等问题，将大数据、人工智能等新技术引入到继电保护领域，研究电力系统多源数据融合、数据驱动分析、智能决策等关键技术，有效融合保信、能量管理、检修管理、通信网管、行波、雷电、气象等不同时间尺度数据信息，开发了基于数据驱动的电力保护系统智能决策平台，从数据和信息的角度贯通了电网一、二次系统，实现运行决策智能化、风险防控精准化、专业管理系统化，为电力保护系统智能化转型提供理论支撑和实践依据。 平台自2017年11月投入运行以来，极大提升了网省地运行分析效率，为电网运行提供全面支撑，500kV故障分析正确率100%，保护通道异常筛查效率提升20倍，故障测距成功率从53%升至90%，发现一次设备隐患40余起，年均经济效益1亿余元。项目取得理论、技术及平台等一系列成果，经中国电机工程学会组织鉴定，项目成果创新性强，整体技术达到国际领先水平。主要成果技术通用性强，已在南方电网推广应用，取得了良好的经济效益和社会效益，具有全行业推广价值。