智能輸電網(wǎng)的智能控制中心

一、什么是智能控制中心

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)控制中心裝備的系統(tǒng)種類不斷增多，從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(SCADA／EMS)到電能計(jì)量系統(tǒng)（TMR，Tele Meter Reading System )等各類系統(tǒng)的有機(jī)配合，使得控制中心成為電網(wǎng)運(yùn)行不可或缺的“大腦”。然而面對(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(wú)法滿足監(jiān)控電網(wǎng)、維護(hù)電網(wǎng)安全的需要，發(fā)展智能電網(wǎng)已經(jīng)是當(dāng)務(wù)之急。

智能控制中心是智能電網(wǎng)的控制中樞，是現(xiàn)有的EMS、DMS、SCADA、虛擬電廠(Virtual power plant)等技術(shù)的再升級(jí)和結(jié)合。中國(guó)智能輸電網(wǎng)的的概念，即具備可靠、彈性、協(xié)調(diào)、綠色、高效和智能等特征，其特征分析如下：

①可靠(Reliability)：指信息基礎(chǔ)的高可靠性和控制中心自身的強(qiáng)自愈能力，是控制中心決策可靠性和正確性的基礎(chǔ)保證；

②彈性(Resilience)：提高防御嚴(yán)重事故、自然災(zāi)害和人為打擊的能力，提高電網(wǎng)和控制中心自身的風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)決策能力；

③協(xié)調(diào)(Coordination)：解決國(guó)家、區(qū)域等多級(jí)控制中心的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，支持未來(lái)全國(guó)跨區(qū)特高壓骨干網(wǎng)的可靠高效運(yùn)行；

④綠色(Green)：支持接入風(fēng)能和太陽(yáng)能等綠色能源，解決大規(guī)模風(fēng)電基地接入后的電網(wǎng)調(diào)度和控制問(wèn)題，節(jié)約能源，降低CO和污染物排放；

⑤高效(Eff i ciency)：支持分布、自治的控制決策，支持綜合PMU信息和RTU信息的協(xié)調(diào)控制決策，提高對(duì)電網(wǎng)事故擾動(dòng)的快速反應(yīng)和決策能力；

⑥智能(Intelligence)：具備機(jī)器自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，降低快速發(fā)展中的巨型復(fù)雜輸電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)的依賴。

二、智能控制中心的系統(tǒng)架構(gòu)

智能電網(wǎng)控制中心以預(yù)防控制為主，通過(guò)對(duì)故障的自治愈實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)快速恢復(fù)；從傳統(tǒng)的以考慮電網(wǎng)安全性為主過(guò)渡到安全性和經(jīng)濟(jì)性并重。系統(tǒng)包括五大應(yīng)用功能，如圖1所示。

正常狀態(tài)下，通過(guò)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(guò)智能報(bào)警，使電網(wǎng)快速回歸正常；故障狀態(tài)下，通過(guò)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。系統(tǒng)架構(gòu)如下：

1.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(guò)可變編程接口能方便訪問(wèn)的特定應(yīng)用。SOA架構(gòu)包括service broker（服務(wù)中介）、service porvider（服務(wù)提供對(duì)象）、service consume（服務(wù)使用對(duì)象）3個(gè)部分，service provider向service broker進(jìn)行注冊(cè)，根據(jù)Service borker、service consume的請(qǐng)求，將service和chent進(jìn)行綁定，如圖2所示。

圖2 SOA架構(gòu)

2.面向應(yīng)用的架構(gòu)

智能電網(wǎng)控制中心的智能調(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)框架如圖3所示。

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。

網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)包括控制中心內(nèi)和不同控制中心間。對(duì)控制中心內(nèi)采用中間件屏蔽硬件和操作系統(tǒng)間差異性，對(duì)控制中心間采用web service結(jié)構(gòu)，保證跨區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)不同控制中心以及控制中心內(nèi)部的高效通訊。

數(shù)據(jù)資源中心為應(yīng)用支撐平臺(tái)提供統(tǒng)一編碼的、跨多應(yīng)用系統(tǒng)(SCADA，WAMS，繼電保護(hù)、檢修計(jì)劃、AVC、設(shè)備狀態(tài)評(píng)估等)的數(shù)據(jù)資源訪問(wèn)，保證PGICC系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的質(zhì)量。

數(shù)據(jù)資源中心包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)兩類，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度綜合應(yīng)用的支撐，國(guó)內(nèi)各大電力公司的綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)和數(shù)據(jù)互聯(lián)工程，為數(shù)據(jù)資源中心建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)引擎平臺(tái)包括主動(dòng)信息驅(qū)動(dòng)(information push)、被動(dòng)型信息檢索等，為應(yīng)用(從數(shù)據(jù)資源中心獲取精確數(shù)據(jù))提供保證。

不同人員可以根據(jù)關(guān)注重點(diǎn)的不同向數(shù)據(jù)引擎訂閱不同類別數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)儀表盤(dynamic dashboard)顯示，實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前操作需要的有效信息。

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(guò)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)已有的仿真實(shí)例以及歷史數(shù)據(jù)中，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)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)。通過(guò)在線學(xué)習(xí)方式，跟蹤電網(wǎng)最新變化，保證知識(shí)庫(kù)的不斷升級(jí)。根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)，觸發(fā)不同的推理機(jī)，使得控制中心具備初步的智能化分析水平。可視化引擎保證各應(yīng)用功能分析結(jié)果的易讀、易理解性。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(lái)展示智能調(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)控制中心的智能調(diào)度功能。

三、智能調(diào)度控制系統(tǒng)的信息分層與協(xié)調(diào)

1.智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的信息分層

(1)控制中心之間的信息分層

在中國(guó)電網(wǎng)的5級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)中，電網(wǎng)運(yùn)行涉及的大部分重要功能是在省、地兩級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，大區(qū)級(jí)控制中心主要負(fù)責(zé)省間協(xié)調(diào)，國(guó)家級(jí)控制中心負(fù)責(zé)大區(qū)電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)。近年，這兩級(jí)協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)的作用不斷加強(qiáng)，協(xié)調(diào)力度不斷加大，體現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行全局調(diào)控的作用。

智能電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化運(yùn)行，各級(jí)控制中心之間需要協(xié)調(diào)互動(dòng)，粗細(xì)有別地進(jìn)行調(diào)控，這需要靠控制中心之間的信息分層實(shí)現(xiàn)。各級(jí)控制中心（上下級(jí)）之間，需要信息的縱向分層:

(a)下級(jí)控制中心向上級(jí)控制中心匯報(bào)自己電網(wǎng)模型和自己電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息，上級(jí)控制中心匯總這些模型和實(shí)時(shí)信息，形成完整匹配的全局電網(wǎng)潮流模型；

(b)上級(jí)控制中心跟蹤電網(wǎng)變化，自動(dòng)為下級(jí)生成外網(wǎng)等值模型，并下發(fā)到下級(jí)控制中心。

智能電網(wǎng)的上下兩級(jí)控制中心之間雙向傳送信息，實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)。一方發(fā)生的變化，立即會(huì)被對(duì)方感知和接受，指揮對(duì)方的下一步動(dòng)作，以保證各級(jí)控制中心都是在全局電網(wǎng)模型上進(jìn)行分析計(jì)算。各方之間傳送信息的種類、數(shù)量、頻度將根據(jù)各級(jí)控制中心的功能需求決定，不是越多越快越好，而是及時(shí)傳送必要的信息。各同級(jí)控制中心之間，也需要信息的橫向交換。同級(jí)之間主要交換邊界功率信息，而不是電網(wǎng)模型信息，而且交換的數(shù)據(jù)量較少。

(2)控制中心與廠站之間的信息分層傳統(tǒng)能量管理系統(tǒng)(EMS)中，廠站拓?fù)浞治龊拖到y(tǒng)拓?fù)浞治鋈吭诳刂浦行耐瓿?。其缺點(diǎn)是:

(a)廠站沒(méi)有拓?fù)浞治龉δ埽瑥S站內(nèi)大量與辨識(shí)開(kāi)關(guān)錯(cuò)誤有關(guān)的信息沒(méi)有被利用，控制中心由于缺少旁證信息，拓?fù)溴e(cuò)誤辨識(shí)能力受限；

(b)很多廠站的刀閘信息并不實(shí)時(shí)傳送，默認(rèn)的刀閘位置與實(shí)際情況有時(shí)并不吻合，導(dǎo)致由刀閘錯(cuò)位引發(fā)的拓?fù)溴e(cuò)誤；

(c)大量開(kāi)關(guān)信息送達(dá)控制中心由控制中心處理，導(dǎo)致通信壓力增大，控制中心數(shù)據(jù)處理工作量很大。

實(shí)際上，廠站和控制中心兩者功能的特點(diǎn)很不相同，采用統(tǒng)一的方法處理并不合理。需要進(jìn)行信息分層，各自進(jìn)行數(shù)據(jù)的封裝、抽取和對(duì)外交換。智能電網(wǎng)應(yīng)增加廠站的高級(jí)應(yīng)用功能，獨(dú)立完成廠站拓?fù)浞治?。采用智能代理的思想，由廠站和控制中心共同建立網(wǎng)絡(luò)模型:

(a)在廠站內(nèi)部完成站級(jí)拓?fù)浞治觯瑢o de模型轉(zhuǎn)換成Bus模型，并傳送到控制中心；

(b)在控制中心完成系統(tǒng)的拓?fù)浞治?，將廠站Bus模型轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)拓?fù)鋶u；

(c)廠站內(nèi)開(kāi)關(guān)變位引發(fā)站級(jí)拓?fù)渥兓瑥S站內(nèi)立即生成新的Bus模型，傳送到控制中心，啟動(dòng)控制中心的系統(tǒng)拓?fù)湫拚绦颉?/p>

圖4給出這種信息分層示意。其優(yōu)點(diǎn)是:廠站內(nèi)有大量其他旁證信息，便于進(jìn)行開(kāi)關(guān)錯(cuò)誤辨識(shí)可大大提高廠站拓?fù)浞治鼋Y(jié)果的正確性；減少了傳送給控制中心的數(shù)據(jù)量，減輕了控制中心數(shù)據(jù)處理的工作量；也可以實(shí)現(xiàn)信息的雙向互動(dòng)。廠站將控制中心下達(dá)的控制命令轉(zhuǎn)換成控制指令序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠站設(shè)備的自動(dòng)控制。

2.智能電網(wǎng)控制中心與廠站之間的互動(dòng)

按照控制中心與廠站之間的信息分層，分別將兩者看成相互獨(dú)立的智能體，智能體內(nèi)部完成復(fù)雜的功能，智能體之間只交換必要的、相對(duì)較少的協(xié)調(diào)信息，大量的數(shù)據(jù)處理和分析計(jì)算任務(wù)被封裝在智能體內(nèi)部，像一個(gè)黑匣子，外部感知不到。通過(guò)智能體之間的雙向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控全局電網(wǎng)的復(fù)雜功能。在廠站級(jí)，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。過(guò)去不同源的數(shù)據(jù)被同源化，過(guò)去分別獨(dú)立的功能被集成、被融合，全部由當(dāng)?shù)氐闹悄芴幚砥骱陀?jì)算機(jī)完成；接收外部少量協(xié)調(diào)信息，廠站獨(dú)立完成自身功能。廠站作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)狀態(tài)估計(jì)等高級(jí)應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)智能事件處理和智能報(bào)警，完成站內(nèi)的分析決策，構(gòu)成站級(jí)管理系統(tǒng)(SMS)。SMS與站級(jí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的關(guān)系，類似于控制中心的EMS與數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)之間的關(guān)系。

在控制中心級(jí)，接受廠站上傳的經(jīng)SMS處理的信息，進(jìn)行復(fù)雜的全局電網(wǎng)分析和優(yōu)化決策計(jì)算，最后將決策和控制信息下達(dá)廠站，實(shí)現(xiàn)全局電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行?？刂浦行膶?duì)廠站，也可以看成一個(gè)黑匣子，內(nèi)部復(fù)雜的分析決策計(jì)算，外部（廠站）是感知不到的。

控制中心下達(dá)的控制命令包括機(jī)組有功、無(wú)功調(diào)控指令，變壓器分接頭調(diào)控指令，電容器、電抗器投退指令，負(fù)荷側(cè)的調(diào)控指令，保護(hù)定值在線修改指令，使變電站的保護(hù)定值能自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)的變化；不同變電站繼電保護(hù)之間配合的協(xié)調(diào)指令，實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)方案；經(jīng)系統(tǒng)級(jí)在線計(jì)算分析形成的決策表，指導(dǎo)安全自動(dòng)裝置的協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的動(dòng)態(tài)緊急控制等。

控制中心與廠站之間是雙向互動(dòng)的，各自獨(dú)立完成自己復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和分析計(jì)算功能，兩者之間交換的是各自處理后的信息。該信息是精煉的、對(duì)全局有協(xié)調(diào)作用的，既保證了控制中心和廠站兩者各自獨(dú)立發(fā)揮功能，又保證系統(tǒng)全局的協(xié)調(diào)。不管發(fā)生的是廠站級(jí)還是系統(tǒng)級(jí)的擾動(dòng)，通過(guò)這種雙向互動(dòng)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電網(wǎng)在擾動(dòng)下具有足夠的柔性。

3.時(shí)間尺度不同時(shí)信息之間的協(xié)調(diào)

除了空間分布廣域，信息在時(shí)間尺度上也有很大差異，需要協(xié)調(diào)。根據(jù)信息響應(yīng)快慢的時(shí)間尺度有如下分類:

(1)毫秒級(jí)信息:例如元件保護(hù)信息，局部就地設(shè)備級(jí)；相量測(cè)量單元(PMU)信息，全局廣域，系統(tǒng)級(jí)；

(2)秒級(jí)信息:遠(yuǎn)方終端單元(RTU)信息，自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)信息，廣域，系統(tǒng)級(jí)；自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AV R)控制信息，局域，發(fā)電廠級(jí)；

(3)分鐘級(jí)信息:有功實(shí)時(shí)調(diào)度控制信息、二次電壓控制信息，廣域，系統(tǒng)級(jí)；

(4)小時(shí)級(jí)信息:運(yùn)行計(jì)劃信息，廣域，系統(tǒng)級(jí)；

(5)日級(jí)及更長(zhǎng)時(shí)間尺度信息:運(yùn)行規(guī)劃信息。按照時(shí)間尺度的不同，信息處理任務(wù)之間的關(guān)系如圖5所示。時(shí)間尺度大的信息處理功能主要保證經(jīng)濟(jì)性，時(shí)間尺度小的信息處理功能主要保證安全性。

圖5 信息在時(shí)間尺度的協(xié)調(diào)

智能電網(wǎng)要達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行目標(biāo)，就需要從時(shí)間尺度大的運(yùn)行規(guī)劃、運(yùn)行計(jì)劃做起，進(jìn)行側(cè)重經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的優(yōu)化；實(shí)時(shí)運(yùn)行中，進(jìn)行超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，由運(yùn)行調(diào)度功能來(lái)協(xié)調(diào)運(yùn)行計(jì)劃與運(yùn)行控制之間的偏差，進(jìn)行瞻前顧后的滾動(dòng)修正，既保證不要偏離運(yùn)行計(jì)劃太遠(yuǎn)而喪失經(jīng)濟(jì)性，又保證為運(yùn)行控制留有足夠的裕度，以便應(yīng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中隨時(shí)可能出現(xiàn)的功率不平衡。各種不同時(shí)間尺度應(yīng)用功能的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)目標(biāo)之間的協(xié)調(diào)，使電網(wǎng)在應(yīng)對(duì)變化時(shí)的自適應(yīng)調(diào)整能力大大提高，其運(yùn)行更平穩(wěn)。

四、SCC的信息技術(shù)基礎(chǔ)

狀態(tài)估計(jì)是控制中心應(yīng)用的基礎(chǔ)，拓?fù)溴e(cuò)誤、非線性迭代發(fā)散、大誤差、網(wǎng)絡(luò)模型維護(hù)不及時(shí)或不正確等導(dǎo)致的狀態(tài)估計(jì)不可用，已成為世界范圍內(nèi)控制中心高級(jí)應(yīng)用中的一個(gè)主要問(wèn)題.由于當(dāng)前控制中心信息的先天不足，通過(guò)傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)模型和算法的改進(jìn)，已無(wú)法從根本上解決控制中心信息基礎(chǔ)可靠性問(wèn)題，為此，需要采用“分布、自治”的技術(shù)思路，將“集中式的控制中心狀態(tài)估計(jì)”變革為“分布式的變電站狀態(tài)估計(jì)”，利用變電站內(nèi)實(shí)時(shí)信息高度冗余的先天優(yōu)勢(shì)，將信息錯(cuò)誤解決在變電站內(nèi)，從而找到控制中心信息基礎(chǔ)可靠性問(wèn)題的根本解決之道，發(fā)展出未來(lái)SCC的信息基礎(chǔ)設(shè)施.需要發(fā)展的核心技術(shù)：

1.變電站和控制中心兩級(jí)分布式網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)

在變電站級(jí)，需要發(fā)展基于單線圖的網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站級(jí)圖、模、庫(kù)一體化技術(shù)，生成的各變電站的網(wǎng)絡(luò)模型(含單線圖、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和靜態(tài)參數(shù))通過(guò)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDnet)，以IEC標(biāo)準(zhǔn)傳輸?shù)娇刂浦行?。在控制中心?jí)，基于系統(tǒng)接線圖，將變電站網(wǎng)絡(luò)模型自動(dòng)拼接成全局電網(wǎng)模型。與傳統(tǒng)的控制中心集中式的電網(wǎng)建模方式相比，其突出特點(diǎn)是：在變電站內(nèi)，建模規(guī)模小，通常只需要在新建或改建變電站時(shí)建模一次，不再變化；在控制中心，只需維護(hù)一張系統(tǒng)網(wǎng)架圖和站間輸電線路模型，無(wú)需維護(hù)站內(nèi)圖、模、庫(kù)，維護(hù)簡(jiǎn)單，不易出錯(cuò)。

2.變電站和控制中心兩級(jí)分布式狀態(tài)估計(jì)技術(shù)

在變電站級(jí)，發(fā)展出基于KCL定律的變電站無(wú)阻抗三相開(kāi)關(guān)電路狀態(tài)估計(jì)技術(shù)，同步辨識(shí)變電站內(nèi)拓?fù)溴e(cuò)誤(數(shù)字量)和壞數(shù)據(jù)(模擬量)，將拓?fù)溴e(cuò)誤和壞數(shù)據(jù)解決在變電站內(nèi)，獲得高可靠的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高精度的母線復(fù)電壓和支路復(fù)電流熟數(shù)據(jù)，帶上GPS時(shí)標(biāo)，通過(guò)高速的SPDnet，以IEC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?。在控制中心?jí)，基于各變電站遠(yuǎn)程傳輸來(lái)的帶時(shí)標(biāo)的復(fù)電壓、復(fù)電流和母線結(jié)構(gòu)，發(fā)展出復(fù)線性狀態(tài)估計(jì)技術(shù)。與傳統(tǒng)的控制中心集中式的狀態(tài)估計(jì)相比，其突出特點(diǎn)是：在變電站級(jí)，由于站內(nèi)量測(cè)冗余度極高(包括RTU、PMU、繼電保護(hù)、計(jì)量等不同來(lái)源的量測(cè))，變電所狀態(tài)估計(jì)可靠性高、精度高，尤其是變電站內(nèi)開(kāi)關(guān)上量測(cè)豐富，拓?fù)錂z錯(cuò)能力極強(qiáng)，可保證輸出結(jié)果幾乎無(wú)拓?fù)溴e(cuò)誤和壞數(shù)據(jù)，另外由于站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小，計(jì)算時(shí)間可忽略不計(jì)；在控制中心級(jí)，幾乎無(wú)拓?fù)溴e(cuò)誤和壞數(shù)據(jù)，線性估計(jì)無(wú)收斂性問(wèn)題，具備同步、高可靠、高精度和快速的特征。

3.基于PMU的高級(jí)應(yīng)用軟件

引入帶時(shí)標(biāo)的同步相量信息，改變了人們感知物理電網(wǎng)的手段，以便快速掌握全局電網(wǎng)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，這是一項(xiàng)重要變革。需要利用這一變革，改善對(duì)電網(wǎng)全面快速調(diào)控水平。

過(guò)去幾十年，人類利用RTU測(cè)量正弦交流基波分量的有效值，然后利用SCADA系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)采集的RTU數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，利用EMS應(yīng)用軟件在線進(jìn)行電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)分析，實(shí)現(xiàn)了Dy-Liacco于40多年前構(gòu)建的電網(wǎng)自適應(yīng)安全控制構(gòu)架，并一直沿用至今。Dy-Liacco提出的構(gòu)架的主要特點(diǎn)是一個(gè)“預(yù)”字，即強(qiáng)調(diào)預(yù)測(cè)、預(yù)防、預(yù)控，實(shí)時(shí)監(jiān)視、分析、評(píng)估的主要是穩(wěn)態(tài)量，所涉及的緊急控制也只是靜態(tài)緊急控制，任何涉及動(dòng)態(tài)的分析基本上都依靠離線進(jìn)行。這是RTU時(shí)代技術(shù)條件的必然結(jié)果。

20世紀(jì)80年代中期提出、近年迅速發(fā)展的PMU，可以數(shù)ms的時(shí)間間隔快速感知電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，然后利用廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)實(shí)時(shí)對(duì)PMU數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，發(fā)展了電網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，并得到廣泛應(yīng)用。但是，能不能像RTU-SCADA-EMS一樣，利用已經(jīng)發(fā)展的PMU-WAMS搭建電網(wǎng)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)安全穩(wěn)定控制構(gòu)架，這個(gè)問(wèn)題仍在研究中。設(shè)想如果可以獲取時(shí)間尺度小于10 ms的任何地點(diǎn)的PMU數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)完成的線性狀態(tài)估計(jì)。

PMU是基于電網(wǎng)的物理響應(yīng)。它快速感知的物理電網(wǎng)的變化是真實(shí)的、及時(shí)的，這對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)控有利，但這只達(dá)到人類觸覺(jué)快速反射的水平，反應(yīng)速度足夠快，但是缺少大腦的思維，無(wú)法做到按照人類意識(shí)來(lái)動(dòng)作。因此，需要給PMU配瞬態(tài)管理系統(tǒng)(transient management system，TMS)?；赑MU的TMS，是給基于PMU的局域控制配置的“大腦”，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)控制，就要利用TMS的快速分析決策能力，為基于PMU的局域控制器在線發(fā)送設(shè)定值。這相當(dāng)于在局域控制之外設(shè)置一個(gè)外部控制環(huán)。決策表的在線刷新，是一種成功的應(yīng)用。

為PMU配置的TMS是基于數(shù)學(xué)模型的。利用PMU數(shù)據(jù)改善數(shù)學(xué)模型的正確性，改善數(shù)字仿真結(jié)果的真實(shí)性，需要利用PMU的同步測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行電網(wǎng)模型和參數(shù)的辨識(shí)，使得模型和參數(shù)逐漸逼近物理實(shí)際。

4.實(shí)時(shí)閉環(huán)控制

智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，將調(diào)度員從繁瑣的下達(dá)調(diào)度命令的工作中解脫出來(lái)。通過(guò)閉環(huán)控制，使電力系統(tǒng)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)、更安全。按照Dy-Liacco的構(gòu)架，在控制中心根據(jù)系統(tǒng)處于的不同運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施相應(yīng)的安全控制。

電網(wǎng)正常安全運(yùn)行狀態(tài)下的優(yōu)化控制電網(wǎng)大多數(shù)情況處于這一運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)進(jìn)行多空間區(qū)域、多時(shí)間尺度、多目標(biāo)種類協(xié)調(diào)的全局優(yōu)化閉環(huán)控制，通過(guò)運(yùn)行計(jì)劃、實(shí)時(shí)調(diào)度和實(shí)時(shí)控制之間的無(wú)縫銜接，連貫過(guò)渡、滾動(dòng)消差，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的優(yōu)化控制目標(biāo)。這些過(guò)程全部通過(guò)閉環(huán)控制自動(dòng)完成。

電網(wǎng)正常不安全運(yùn)行狀態(tài)下的預(yù)防控制這時(shí)進(jìn)行的自動(dòng)故障篩選、多側(cè)面綜合安全穩(wěn)定分析和評(píng)估、預(yù)防控制策略的形成，都可以自動(dòng)完成，其結(jié)果或者通過(guò)修改優(yōu)化控制的約束條件體現(xiàn)在優(yōu)化控制之中，或者經(jīng)過(guò)調(diào)度員確認(rèn)直接下達(dá)到控制設(shè)備，在滿足電網(wǎng)負(fù)荷需求情況下，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，決定是采取預(yù)防控制措施，還是留給后續(xù)靜態(tài)緊急控制來(lái)解決。

電網(wǎng)緊急運(yùn)行狀態(tài)下的校正控制電網(wǎng)靜態(tài)緊急控制可在控制中心決策并通過(guò)校正控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如線路過(guò)負(fù)荷控制。這是時(shí)間尺度較大(數(shù)s到min級(jí))的系統(tǒng)級(jí)閉環(huán)控制。電網(wǎng)動(dòng)態(tài)緊急控制還是需要依靠局域閉環(huán)控制。例如早期基于離線計(jì)算決策表的就地實(shí)施的區(qū)域穩(wěn)定控制，新近在線刷新決策表的系統(tǒng)穩(wěn)定控制，基本都是在局域?qū)崿F(xiàn)的閉環(huán)控制。決策表的在線刷新，體現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)的協(xié)調(diào)?；赑MU進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)全局電網(wǎng)阻尼控制和系統(tǒng)級(jí)協(xié)調(diào)的廣域保護(hù)。

5.智能電網(wǎng)的新型人機(jī)交互和可視化

智能電網(wǎng)控制中心自動(dòng)化系統(tǒng)的人機(jī)交互將是全新的，不只是外表全新，而是有豐富的內(nèi)涵，充分體現(xiàn)認(rèn)知科學(xué)原理和人機(jī)工程技術(shù)的結(jié)合。

利用地理信息系統(tǒng)(GIS)進(jìn)行可視化表達(dá)，形象直觀；充分利用3維可視化表達(dá)(餅、柱、棒、流等，立體等高、輪廓、調(diào)控靈敏度、趨勢(shì)等)；充分利用聲光和視頻技術(shù)，充分調(diào)動(dòng)人類的各種感覺(jué)器官。智能技術(shù)更多地體現(xiàn)在人機(jī)交互中。系統(tǒng)是否脆弱以及脆弱程度，由不同的顏色劃分等級(jí)預(yù)警；系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生的事件，根據(jù)重要性和嚴(yán)重性由智能告警功能自動(dòng)推出并展示出來(lái)。

智能電網(wǎng)控制中心自動(dòng)化系統(tǒng)更像一個(gè)具有超級(jí)功能的機(jī)器調(diào)度員，它承擔(dān)起大量繁瑣的分析和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，輔助調(diào)度員應(yīng)對(duì)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的任何擾動(dòng)，維持電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行。

6.控制中心的自愈和備用技術(shù)

由于實(shí)現(xiàn)了變電站分布式建模和分布式狀態(tài)估計(jì)，圖、模、庫(kù)分布存儲(chǔ)于各站中，為控制中心EMS模型異地快速拼接提供了可能，未來(lái)SCC可隨時(shí)快速建立多個(gè)異地備用控制中心，保證SCC自身的自愈能力。

通過(guò)上述技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)高可靠、高效、少維護(hù)、強(qiáng)自愈的SCC的信息基礎(chǔ)。此外，隨著上述變電站級(jí)的網(wǎng)絡(luò)建模和狀態(tài)估計(jì)功能的發(fā)展，可推動(dòng)數(shù)字變電站發(fā)展為智能變電站。