探究電網(wǎng)智能控制中心的架構(gòu)

朱 燕

[摘要]結(jié)合多年工作實(shí)踐,提出一種新的電網(wǎng)智能控制中心的架構(gòu),該架構(gòu)由系統(tǒng)級(jí)支撐平臺(tái)、應(yīng)用支撐集合、應(yīng)用集合組成;以現(xiàn)有系統(tǒng)為基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)對(duì)多信息流的有效融合、智能分析、直觀顯示,使電網(wǎng)控制中心從傳統(tǒng)的計(jì)算型向分析型、智能型轉(zhuǎn)變,將成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。

[關(guān)鍵詞]電網(wǎng)控制智能電網(wǎng)控制中心架構(gòu)

中圖分類號(hào):TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1110039-01

面對(duì)日益復(fù)雜的電網(wǎng)和不斷新增的系統(tǒng),傳統(tǒng)的電網(wǎng)控制中心已無法滿足監(jiān)控電網(wǎng)、維護(hù)電網(wǎng)安全的需要。電網(wǎng)控制中心作為電網(wǎng)監(jiān)控的中樞,也必然成為智能電網(wǎng)(smartgrid)不可或缺的組成部分。

一、控制中心的現(xiàn)狀

電網(wǎng)控制中心目前面臨的主要問題:(1)隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大,電網(wǎng)控制中心處理的信息量呈指數(shù)增長(zhǎng);(2)電網(wǎng)控制中心內(nèi)系統(tǒng)繁多,需要若干系統(tǒng)的組合才能完成特定功能;(3)電網(wǎng)異常狀態(tài)下的處理,依賴人工經(jīng)驗(yàn),該方法不僅效率低,還使調(diào)度人員承受巨大的壓力;(4)不同人員關(guān)注的信息不同。

針對(duì)目前電網(wǎng)控制中心的不足,本文提出電網(wǎng)智能控制中心(PGICC,

power grid intelligent con-trol center)的架構(gòu),以期:(1)滿足大規(guī)模、廣域互聯(lián)電網(wǎng)以及重要城市電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求;(2)既保留電網(wǎng)合適的安全裕度、又充分發(fā)掘電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)潛力,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能調(diào)度;(3)減輕調(diào)度人員面對(duì)日益復(fù)雜的電網(wǎng)和巨大信息量,帶來的“認(rèn)知障礙”;(4)使電網(wǎng)的控制、發(fā)電計(jì)劃、電力調(diào)度等手段從傳統(tǒng)的計(jì)算型、依賴人工經(jīng)驗(yàn),向分析型、智能型轉(zhuǎn)變;(5)最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的閉環(huán)控制、自運(yùn)行self-run、自愈self-healing。該架構(gòu)強(qiáng)調(diào)用全局信息替代局部信息,通過信息的有效利用,提高控制中心的分析水平,采用機(jī)器學(xué)習(xí)等手段提高控制中心的智能化水平。

二、系統(tǒng)功能

智能電網(wǎng)控制中心PGICC以預(yù)防控制為主,通過自治愈在發(fā)生故障時(shí)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)快速恢復(fù);從傳統(tǒng)的以考慮電網(wǎng)安全性為主向安全性和經(jīng)濟(jì)性并重過渡。正常狀態(tài)下,通過動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)/預(yù)測(cè)態(tài)安全分析,降低電網(wǎng)故障發(fā)生的概率;報(bào)警狀態(tài)下,通過智能報(bào)警,使電網(wǎng)快速回歸正常;故障狀態(tài)下,通過智能故障診斷,使電網(wǎng)故障得以迅速定位和排除,恢復(fù)正常;在保證電網(wǎng)安全,穩(wěn)定運(yùn)行前提下,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能運(yùn)行。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

(一)架構(gòu)的可擴(kuò)展性。SOA(Service-Oriented Architecture)架構(gòu)保證系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性。服務(wù)是通過可變編程接口能方便訪問的特定應(yīng)用。SOA架構(gòu)包括,service broker(服務(wù)中介),service provider(服務(wù)提供對(duì)象),service consume(服務(wù)使用對(duì)象)3個(gè)部分組成,service provider向service broker進(jìn)行注冊(cè),根據(jù)service broker,service consume的請(qǐng)求,將service和client進(jìn)行綁定。

(二)面向應(yīng)用的架構(gòu)。智能電網(wǎng)控制中心PGICC的智能調(diào)度功能基于SOA架構(gòu),整個(gè)系統(tǒng)框架由系統(tǒng)級(jí)支撐平臺(tái)、應(yīng)用支撐集合、應(yīng)用集合組成。系統(tǒng)級(jí)支撐平臺(tái)為應(yīng)用支撐平臺(tái)提供系統(tǒng)級(jí)的功能,包括網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、數(shù)據(jù)資源中心、數(shù)據(jù)引擎、智能引擎、可視化引擎。

智能支撐平臺(tái)包括知識(shí)庫(kù)生成、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī),為應(yīng)用支撐平臺(tái)提供智能引擎,改變電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制過程中目前大量依賴人工經(jīng)驗(yàn)的局面,減輕調(diào)度人員負(fù)擔(dān)。

知識(shí)庫(kù)的生成采用離線學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式。離線學(xué)習(xí)從電網(wǎng)已有的仿真案例以及歷史數(shù)據(jù)中,通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方式生成電網(wǎng)靜態(tài)安全分析、動(dòng)態(tài)安全分析、電壓穩(wěn)定、故障診斷等各類知識(shí)庫(kù)。傳統(tǒng)的按表格格式向調(diào)度人員顯示各應(yīng)用結(jié)果的方式不夠直觀、易懂,用能容納大信息量的圖形圖像資源來展示PGICC智能調(diào)度各應(yīng)用功能的分析結(jié)果和數(shù)據(jù),能輔助系統(tǒng)運(yùn)行人員及時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況并做出正確的決策。

應(yīng)用支撐集合,提供完成應(yīng)用集合內(nèi)的各功能所需要的電力系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用服務(wù),包括實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)不良數(shù)據(jù)辨識(shí)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c動(dòng)態(tài)著色、預(yù)想故障分析、潮流計(jì)算、電壓調(diào)節(jié)能力充裕度校核、短路電流計(jì)算與保護(hù)定值校核、理論線損計(jì)算、超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)、母線負(fù)荷預(yù)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。系統(tǒng)級(jí)支撐平臺(tái)和應(yīng)用支撐平臺(tái)構(gòu)成調(diào)度應(yīng)用支撐平臺(tái)。

應(yīng)用集合包括動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)安全分析、預(yù)測(cè)態(tài)安全分析、節(jié)能經(jīng)濟(jì)調(diào)度、智能報(bào)警、智能故障診斷以及其他新的應(yīng)用功能等,應(yīng)用集合的全體構(gòu)成智能電網(wǎng)控制中心PGICC的智能調(diào)度功能。

四、PGICC的系統(tǒng)功能

(一)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)安全分析。系統(tǒng)級(jí)支撐平臺(tái)的數(shù)據(jù)引擎從數(shù)據(jù)資源中心獲取實(shí)時(shí)安全分析需要的數(shù)據(jù),應(yīng)用支撐平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)估計(jì)不良參數(shù)辨識(shí)功能獲取了當(dāng)前電網(wǎng)的狀態(tài)描述,在此基礎(chǔ)上智能引擎根據(jù)理論線損、母線負(fù)荷模型、保護(hù)定值校核、潮流計(jì)算的結(jié)果。根據(jù)知識(shí)庫(kù),對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)行分析、推理,推理的結(jié)果通過可視化引擎直觀地反饋給調(diào)度人員,同時(shí)生成相應(yīng)的備選決策支持方案。

(二)預(yù)測(cè)態(tài)安全分析。利用實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)維護(hù)的母線負(fù)荷預(yù)測(cè)模型,通過超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)及母線負(fù)荷預(yù)測(cè)確定一定時(shí)間之后的負(fù)荷分布情況,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行安全分析,對(duì)15min后可能出現(xiàn)的不安全狀況進(jìn)行預(yù)警。預(yù)測(cè)態(tài)屬在線評(píng)估模式,以一定的周期在線連續(xù)運(yùn)行。動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)安全分析,預(yù)測(cè)態(tài)安全實(shí)時(shí)分析,結(jié)合目前普遍采用的靜態(tài)安全分析,構(gòu)成了從毫秒級(jí)到小時(shí)級(jí)的電網(wǎng)安全分析控制體系。

(三)智能報(bào)警。數(shù)據(jù)引擎從數(shù)據(jù)資源中心獲取EMS/WAMS系統(tǒng)的報(bào)警信息,智能引擎根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)的狀態(tài)描述和規(guī)則庫(kù),對(duì)報(bào)警實(shí)時(shí)進(jìn)行篩選和定位報(bào)警源,減少呈現(xiàn)給調(diào)度人員的報(bào)警信息。

(四)智能故障診斷和恢復(fù)。從時(shí)間尺度上來講,智能報(bào)警比智能故障診斷實(shí)時(shí)性高,智能故障診斷系統(tǒng)的功能是定位電網(wǎng)中發(fā)生的故障,因此故障診斷系統(tǒng)主要分析跟故障定位相關(guān)的報(bào)警,針對(duì)特定征兆進(jìn)行分析。智能報(bào)警所采用的電網(wǎng)模型較故障診斷系統(tǒng)的模型簡(jiǎn)單。智能故障診斷系統(tǒng)對(duì)最初發(fā)生的N-1或者N-k事件進(jìn)行故障診斷,更重要的是掌握原發(fā)故障事件后的電網(wǎng)運(yùn)行情況,給出故障識(shí)別后實(shí)時(shí)的調(diào)度處理建議,使得調(diào)度員能采取相應(yīng)的措施,抑制事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

綜上所述,本文提出的智能電網(wǎng)控制中心PGICC以預(yù)防控制為主,基于SOA架構(gòu),整個(gè)系統(tǒng)框架由系統(tǒng)級(jí)支撐平臺(tái)、應(yīng)用支撐集合、應(yīng)用集合組成。通過集群計(jì)算和不同控制中心間web-service架構(gòu)的使用大幅度提高了系統(tǒng)的計(jì)算能力。該架構(gòu)強(qiáng)調(diào)用全局信息替代局部信息,通過信息的有效利用,提高控制中心的分析水平,通過機(jī)器學(xué)習(xí)等手段使得控制中心初步具備了一定的智能水平。

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