Abstract：This paper adopts the hierarchical model design of “region-station-equipment” to model the renewable energy business data panorama, and constructs the dynamic synchronization and operation data collection mechanism of the renewable energy basic information. The system is built in the third district of the smart grid dispatching and control system platform based on the quasi-real-time system open software platform and WebGIS development platform. It will realize comprehensive analysis management and visual display of important data such as basic data management, operational data analysis, and daily work reports for renewable energy generation. The practical application proves that the system provides comprehensive and reliable data for the unified dispatching management of renewable energy, enhances the visual display effect, provides technical means for further deepening renewable energy dispatch management and promoting renewable energy accommodation, and improves the work efficiency and level of daily renewable energy power generation operation management.

Key words：renewable energy accommodation; data management; comprehensive analysis; dispatching; visualization

摘  要：采用“区域-场站-设备”的层次模型设计对新能源业务数据全景建模，构建新能源基础信息的动态同步和运行数据汇集机制，并在智能电网调度控制系统平台三区基于准实时类系统开放软件平台和WebGIS开发平台，实现对新能源发电的基础数据管理、运行数据分析、及日常工作报表等重要数据的综合分析管理及可视化展示。应用证明该系统为新能源统一调度管理提供全面可靠的数据，提升可视化展示效果，为进一步深化新能源调度管理、促进新能源消纳提供技术手段，提高了日常新能源发电运行管理的工作效率和水平。

关键词：新能源消纳；数据管理；综合分析；调度；可视化

引  言

近年来，我国新能源大规模快速发展，已成为全球接入新能源装机容量最大、增长速度最快的电网。但随着电网负荷增速的放缓，同时新增装机（风、火）快速增加，各发电厂利用小时数总体呈下降趋势，电网消纳新能源发电的压力日趋严峻。我国风力发电规模居世界首位，有效利用时间却低于世界平均水平^[1]。加快促进新能源消纳是国家电网公司贯彻落实党中央、国务院决策部署，服务国家能源战略的一项重大举措。2018年，国家电网公司公开发布20项促进新能源消纳的具体措施，积极推进解决“三弃”问题。

为促进新能源消纳，保证系统运行安全，需要开展新能源调度，以保证新能源的最大化消纳和电力系统的安全运行^[2-4]。目前，新能源调度主要面临几个问题：

（1）大规模新能源并网消纳对调度运行的影响日益增大。新能源出力具有波动性和不确定性的特点，新能源并网对调度计划提出新的要求。

（2）调峰限制及通道受阻等因素造成弃风现象较为严重。东北、华北电网受调峰限制导致的弃风量占总弃风电量的比重相对较高, 西北风电受通道原因造成弃风的比重相对较高^[5]。

（3）新能源优先调度执行情况缺乏细致、完善的考察和评价体系。改善新能源消纳形势，实现新能源优先调度的原则已经渗透到整个调度流程的方方面面。当出现限电情况时，整个调度及其各专业处室对优先消纳新能源做了哪些努力和贡献，没有清晰、可靠的证明数据作为支撑，更缺乏完善的评价体系，从而制约新能源优先调度水平的提高。

（4）缺乏灵活的新能源基础运行信息、统计分析结果的可视化展示应用平台。目前新能源监测与调度评价系统部署在智能电网调度控制系统一区，新能源模型建立主要以发电监测为目标，设备建模比较简单，缺少对涉网信息、分区发电信息、运行管理等信息建模，难以支撑方式计算、计划校核等专业的应用需求，并且与计划、控制及市场交易等业务融合不够。展示界面单一、分散，交互方式局限，不能提供基于GIS的可视化展示和基于web的数据管理，制约了调度运行人员使用便捷性。

本文分析了新能源调度的现状，提出了一种适用于三区的新能源三基数据综合分析管理技术，对新能源发电的基础信息、发电运行数据及日常工作报表等重要数据进行综合分析管理及可视化展示，完善新能源调度运行管理手段，满足基于三区日益增长的新能源日常运行分析与数据管理工作需求，为促进新能源消纳提供技术手段。

1． 新能源统一调度全景建模

新能源统一建模以网局调度中心的新能源调度为出发点，为了满足新能源调度的应用展示需求，规范各省级新能源调度的基础业务数据，同时考虑省级新能源调度系统不同厂家的差异性，便于上下级系统的数据模型同步及数据转发，采用属性抽象化、层次差异化的建模方法，根据不同的应用需求按层次建模。

建模采用“源端维护、全网共享”的设计思路，在网省调度自动化系统实现基础数据的收集、整理、维护、上传，并在网省调之间构建分省模型动态同步及业务数据汇集机制，实现新能源基础数据的集中管理发布。数据建模架构如图1所示：

图1 数据建模架构

Fig.1 Architecture of data modeling

1.1 模型总体结构

新能源数据建模采用“区域-场站-设备”的层次模型设计，区域除了常规的行政区域，也支持自定义新能源区域，场站主要是以风电场、光伏电站为对象，并将场站设备管理参数抽象出来，同时通过厂站ID实现预测数据与场站的对应关系，数据模型结构如图2所示：

图2 数据模型结构

Fig.2 Structure of data model

1.2 统一调度全景建模

新能源统一调度全景建模结合新能源接入点监测和分析、新能源涉网参数（耐高频、高压）信息监测、断面利用情况及裕度监测、全网及分区新能源发电监测、分区发电及弃风弃光动态监测、电网各类资源综合监测、新能源优化调度与控制和电力市场业务的实际业务需求，确定各类新能源设备对象的完整属性，建立并划分新能源逻辑管理区域，为调度运行提供更直观的新能源运行信息和管理信息。包括三类层次建模：

（1）设备建模

对风电场、光伏电站的风机、逆变器等主要设备属性进行详细建模，实现对发电设备运行状态、涉网参数信息的实时监测；对设备的最高过压能力、最高耐受频率能力、无功调节能力等涉网公共参数信息进行抽取独立建模，为新能源发电运行分析评估提供基础设备信息。

（2）场站建模

扩展以新能源发电运行监测为主要目标的场站模型，实现对场站基础档案信息、涉网信息、管理信息、场站接入点信息、发电预测信息和发电出力、受阻情况等运行信息的完整建模，根据不同机组设备类型，实现对场站机组的分类管理，细化场站新能源发电出力、受阻电力指标，为实现新能源最大化消纳提供精细化数据。

（3）区域建模

在新能源场站模型的基础上增加区域模型，根据地区电网网架特点及电网断面约束情况，统一划分新能源发电运行管理区域，建立场站与区域、区域与关键断面、区域与跨区交易信息的关联关系，为实现各分区的新能源发电运行监测分析、关键断面监测、电力市场交易跟踪，促进新能源区域间协调消纳提供良好的数据基础。

1.3 分省模型动态同步及数据汇集

跨省区的新能源统一建模考虑各省新能源基础模型信息的动态同步及运行数据汇集机制，考虑模型及数据的一致性和可扩展性，规范分省模型命名和上送数据信息，确定分省模型同步和数据汇集方案。分为四个方面实现：

（1）基础模型同步

以调度命名规范为依据，通过分省的模型同步服务，实现新能源设备、场站、区域模型的动态同步，保持分省基础模型的一致。

（2）运行分析数据汇集

根据业务数据的实时性要求，不同的数据可分别采用实时规约转发和文件上送的方式，实现各省新能源实时量测数据、统计分析数据、新能源场站短期与超短期预测理论出力曲线数据的汇集展示。

（3）场站管理信息维护

以基础场站模型为依据，通过文件转发方式实现各省新能源场站管理信息的定期自动化同步更新维护。

（4）海量历史数据存储

考虑到新能源数据海量性、离散化特征，借助于智能电网调度技术支持系统平台通用历史采样存储服务，通过主动采样、被动采样、触发式采样多种方式对海量新能源历史数据进行独立存储。

2． 新能源数据分析管理

2.1 新能源基础数据管理

新能源基础数据管理包括对新能源基础静态数据的管理与维护、新能源历史基础数据统计与维护。

（1）新能源静态数据的管理与维护

新能源静态数据包括新能源场站基础资料的静态数据、新能源发电设备基础资料的静态数据、抽蓄电站和抽蓄机组的发电静态数据。实现对新能源场站基础资料的管理与维护；对新能源发电设备基础资料的管理与维护；对抽蓄基础资料的管理与维护。

（2）新能源历史基础数据统计与维护

建立历史基础资料表，用于存储历史基础数据。对新能源发电历年相关基础资料进行区域历史统计，包括年并网容量、新能源场站数量、发电设备台数等的统计，以及年新增新能源情况的统计，包括年新增并网容量、年新增场站数量、年新增发电设备台数等区域基础数据指标。

2.2 实时统计分析

实时统计分析基于新能源数据采集，对采集到的数据进行分类、整合、展示。新能源实时统计分析根据全景建模思想，从“区域-场站-设备”不同空间维度对新能源运行数据进统计分析。

（1）新能源设备运行数据分析

新能源设备运行状态分为发电、检修、故障、限电、通讯中断等多个状态，根据新能源场站上送的状态信息实时统计当前新能源设备运行状态。当新能源设备状态发生变化时产生新能源设备状态变化告警信息，当新能源设备状态异常时，提示调度人员新能源设备状态异常。

（2）新能源场站运行数据分析

根据新能源设备状态和实时运行数据统计各个新能源场站下的新能源设备台数、发电台数、检修台数、故障台数等新能源设备状态台数；统计新能源场站总有功、总无功等实时运行信息；统计新能源场站装机容量、运行容量、故障容量、检修容量等装机信息；统计新能源场站理论出力、限电出力等消纳相关信息；统计新能源场站一分钟有功变化量、十分钟有功变化量、十五分钟有功变化量等变化信息，当变化值超过设定限值时，发出告警信息。

（3）区域运行数据分析

实时根据新能源场站统计信息统计区域内的各类新能源装机、发电出力、理论电量、限电出力、限电电量、一分钟有功变化量、五分钟有功变化量、十分钟有功变化量、一分钟有功变化率、五分钟有功变化率、十分钟有功变化率等实时信息。

2.3 历史统计分析

历史统计分析基于采集的历史数据，从场站和区域两个层面对新能源运行数据进统计分析。

（1）场站历史统计分析

对新能源场站的有功、限电出力、理论出力、计划值等数据周期性采样存入历史库，厂站历史统计根据采样的历史数据，统计日、周、月、年的出力最大值、出力最小值、发电量、高峰低谷时段电量及占比、出力波动、限电电量、同时率、峰谷差率、理论电量、计划电量、超发电量、计划执行准确率、发电计划完成率、装机利用率、利用小时数、有功变化量最大值等厂站指标。

（2）区域历史统计分析

对新能源区域的有功、负荷、限电出力等数据周期性采样存入历史库，区域历史统计根据采样的历史数据，统计日、周、月、年的有功最大和最小值、高峰低谷时刻出力、发电量、发电量同比和环比、高峰低谷时段电量及占比、调峰贡献、出力波动及负荷波动、限电出力极值、限电电量、最大同时率、峰谷差率、装机利用率、利用小时数、有功变化量最大值、装机容量同比和环比等区域指标。

3． 新能源消纳评价体系

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3.1 新能源运行调度评价分析

新能源运行调度评价结合场站实际采集数据、功率预测数据和调度计划数据进行相关指标的统计计算，并根据计算结果和新能源实际运行情况进行评价，同时在系统中提供可视化界面进行监视。

新能源运行调度评价包括：全网运行评价、断面运行评价、调峰评价、全网功率预测评价、日前计划评价等几个部分。

（1）全网运行评价包括：系统对全网运行评价，提供全网各电源出力面积图的展示功能，通过该图可以对调峰情况下全网常规电源的出力情况进行分析，评价调度人员在发生调峰限电时段所做的工作；提供备用评判柱状图功能，突出显示对风电接纳影响最大的高峰和低谷时刻电网的运行情况，为评价工作提供参考；提供各电源电量占比图的展示，展示风电在该日占总发电的比重，评价风电对电网运行的整体影响。

（2）断面运行评价包括：系统提供对全网重要断面的信息的录入和维护功能；提供对断面下变电站、风电场、光伏电站的配置功能，为对断面进行分析提供依据。在电网因通道受限导致的弃风时，对风电场主要断面通道利用率进行评价。

（3）调峰评价包括：在系统因调峰原因导致通道受限发生弃风时，对风电场当时运行条件及调峰受限指标是否满足进行评价。

（4）全网功率预测和场站功率预测评价包括：提供指定时段内的调度端全网预测功率和场站上报预测功率的准确率的对比分析功能，为未来采用调度预测还是场站预测结果进行调度计划的制定提供依据；提供场站预测覆盖率和上报率指标的统计功能，为评价风电功率预测系统建设情况提供依据。场站功率预测评价提供指定日期的各个风场调度预测和场站上报预测准确率的统计功能，为对预测系统的精度进行评价提供依据，为改进风电预测准确率提供激励。

（5）调度计划评价：提供一段时期内的新能源调度计划执行情况的分析功能，为总结一段时间调度计划制定的是否合理提供参考，为改进调度计划制定工作供依据。

（6）分区域评价：以上指标同样适用于针对区域的指标统计均考虑区域层次，可按照实际调度工作要求对区域进行增补调整。

3.2 新能源消纳后评价分析

在新能源运行调度评价分析的基础上，进一步研究新能源场站消纳分析评价体系，构建新能源场-区-省-网的消纳分析评价体系。新能源消纳后评价包括：新能源场站消纳分析评价、弃风弃光考核评价、建立分区/省新能源消纳能力评价的汇总分析机制、新能源消纳评估分析报告自动生成。

（1）新能源场站消纳分析评价：开展场站理论出力和限电指标等场站类指标的对比分析，通过制定新能源场站运行评价标准和考核体系，实现对新能源场站参与消纳的能力评价。

（2）弃风弃光考核评价：建立弃风率、弃风电量、弃光率、弃光电量等统计考核指标，完善风资源评价方法，加强风功率预测考评，建立新能源消纳综合分析评价体系。

（3）建立分区/省新能源消纳能力评价的汇总分析机制：对新能源消纳能力的各项指标进行比对分析，实现分区/省新能源消纳能力差异分析与评价。

（4）新能源消纳评估分析报告自动生成：自动收集数据指标，自动计算生成日、月、季、年新能源消纳评估分析报告，重点针对新能源受限时段进行分析，找出受限的原因，并对受限原因进行智能统计、分类和分析，找到影响受限的关键因素，提出智能消纳措施建议。

4． 新能源综合可视化展示

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4 

4.1 基于WebGIS的可视化展示

WebGIS即网络地理信息系统，以Internet为载体，由服务端、数据库、客户端构成，是以网络为中心的GIS系统^[6]。基于WebGIS的可视化展示技术，以新能源相关区域的全景地图为基础，从“区域-场站-设备”不同空间维度，采用逐层下钻的展示手段，结合曲线、饼图、柱图、仪表盘、计量器等丰富的图元组件，对新能源基础管理信息、涉网参数、设备运行状态、弃风弃光电量、交易执行情况、新能源消纳分析指标等重要新能源发电运行、统一调度、消纳评价数据进行立体展示。主要包括以下功能：

（1）基于风电测风塔表的风速、光伏气象站表的辐照度，按照时间断面组织数据，在每个时间断面上利用等高线、热力图等展示形式展示风光资源分布情况，并将各个时间断面生成的图形结果连续播放。

（2）通过GIS技术标注所有新能源场站在地图中的位置，并标注场站中各风机状态信息，场站的装机容量、发电量、利用小时数等信息，进一步展示区域新能源总的装机容量、发电量、利用小时数等信息，突出显示新能源比重大的区域情况。通过GIS技术实现对所有新能源场站的检索功能和地理定位等功能。

（3）ECharts是一个纯JavaScript图表库，可提供生动的，交互性强的以及可个性化定制的可视化图表^[7]。基于ECharts开源库，开发图表地图可视化功能，结合区划数据展示区域专题信息。

4.2 数据报表动态生成及模板化管理

根据新能源规范化运行管理要求，实现新能源日常运行报表动态生成、智能化校验和自动上报功能，规范报表统计量定义及统计方式；从数据对象和时间维度细分报表类型，实现数据报表的模板化管理，可根据上级调阅要求进行实时动态调整，快速实现数据资源整合上报。

5． 应用验证

新能源数据综合分析管理系统整合新能源调度核心业务数据，完成新能源调度管理的全景建模，实现新能源基础数据管理、运行数据分析、消纳评价考核、GIS可视化和数据报表管理等主要功能，为新能源统一调度管理提供全面可靠的数据，提升可视化展示效果。总体架构如图3所示。

图3 新能源数据综合分析管理系统总体架构

Fig.3 Overall structure of renewable energy data comprehensive analysis management system

系统已经在华北和华东示范应用，一区基于D5000系统建立，三区基于准实时平台建立。图4为系统主界面，图5为统计分析数据展示，图6为新能源消纳评价总页面。

图4 新能源数据综合分析管理系统主界面

Fig.4 The monitoring interface of renewable energy data comprehensive analysis management system

图5 统计分析数据展示

Fig.5 Display of statistical analysis data

图6 新能源消纳评价总页面

Fig.6 The main interface of renewable energy consumption evaluation

基于GIS的可视化展示丰富了展示界面，加强了调度运行人员使用便捷性。图7为风资源可视化展示，图8为新能源场站可视化展示。

图7 风资源可视化展示

Fig.7 The visual presentation of wind resource

图8 新能源消场站可视化展示

Fig.8 The visual presentation of renewable energy station

系统运行稳定，运行结果表明，数据管理提升了分调对新能源发电数据的质量和管理水平，三区可视化展示页面提高了系统的友好性和交互性，报表智能化生成、校验和纠正，保证了国分省数据的一致性。

6． 结束语

本文针对新能源快速发展和大规模并网的现状，分析了新能源调度的必要性，以及当前新能源调度系统的现状。在此基础上提出了一种新能源三基数据全景化监测与综合分析管理技术，以调度运行需求为导向，在智能电网调度控制系统一区和三区开展新能源数据综合分析管理系统的建设，完善新能源调度运行管理手段，满足基于三区日益增长的新能源日常运行分析与数据管理工作需求，提高日常新能源发电运行管理的工作效率和水平，为深化新能源调度、促进新能源消纳提供强有力的技术支撑和客观的评价依据。

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