電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)探討

趙 村，崔 柏

天津城東供電分公司，天津 300250

一般而言，電力系統(tǒng)是指電能生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)所需的發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路、斷路器、母線和用電設(shè)備等互相聯(lián)結(jié)而成的系統(tǒng)。這是一個(gè)能量系統(tǒng)，也稱為電工一次系統(tǒng)。電工一次系統(tǒng)中的電力設(shè)備常被稱為一次設(shè)備。在電力系統(tǒng)中還存在一個(gè)由對(duì)電工一次系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制、保護(hù)、調(diào)度所需的自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備、繼電保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)和通信設(shè)備等組成的輔助系統(tǒng)。這是一個(gè)信息系統(tǒng)，也稱為電工二次系統(tǒng)[1]。電力調(diào)度自動(dòng)化是指電力系統(tǒng)自動(dòng)化的一個(gè)重要組成部分，通常指對(duì)電力設(shè)備及系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)視、控制和調(diào)度。

1 電力調(diào)度自動(dòng)化的主要任務(wù)和基本功能

1.1 主要任務(wù)

電力系統(tǒng)調(diào)度的任務(wù)可概括為：控制整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，使電力系統(tǒng)在正常狀態(tài)下能滿足安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)地向用戶供電的要求；在缺電狀態(tài)下做好負(fù)荷管理；在事故狀態(tài)下迅速消除故障的影響和恢復(fù)正常供電。因此，電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的任務(wù)就是綜合利用電子計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度管理自動(dòng)化，有效地幫助電力系統(tǒng)調(diào)度員完成調(diào)度任務(wù)。

1.2 基本功能

通常來(lái)說(shuō)，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)可以分為四大塊：信息采集和控制執(zhí)行子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息處理子系統(tǒng)、人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)。基于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行的基本功能主要有：電力系統(tǒng)監(jiān)視和控制、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、電力系統(tǒng)安全分析和安全控制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、電力系統(tǒng)潮流優(yōu)化、電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)、電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動(dòng)控制、電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功功率自動(dòng)控制、電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制和電力系統(tǒng)負(fù)荷管理等。具體而言，涉及數(shù)據(jù)采集與分析、信息處理、事故報(bào)警、報(bào)表生成與打印等多種功能。由于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)大都采用分層結(jié)構(gòu)，因此，其對(duì)應(yīng)的調(diào)度控制也一般有主調(diào)度中心、區(qū)域調(diào)度中心和地區(qū)調(diào)度中心三大塊。

2 電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

由于電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)在硬件上也主要可分為三大類：主站系統(tǒng)——SCADA 系統(tǒng)，子站系統(tǒng)——變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和電力信息傳輸通道，除此外，各系統(tǒng)還包括相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，如主站EMS 軟件，狀態(tài)估計(jì)方法、潮流計(jì)算方法、AGC、AVC 等。

早在1940 年，通過(guò)引入了模擬盤而開始設(shè)置電力系統(tǒng)調(diào)度員，此時(shí)，將數(shù)據(jù)展現(xiàn)在模擬盤上能夠讓人更好地處理數(shù)據(jù)，隨后，獲取數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程控制得到發(fā)展，自動(dòng)發(fā)電、交換功率和頻率控制也采用了模擬技術(shù)。在1950-1970 年期間，數(shù)字計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速，被廣泛地應(yīng)用于離線的規(guī)劃研究，特別是1965年的紐約大停電事件加速了SCADA／EMS 的推廣。20 世紀(jì)60年代末和70 年代初，計(jì)算機(jī)直接用于電力系統(tǒng)調(diào)度，條件是有了相當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)動(dòng)基礎(chǔ)，同時(shí)系統(tǒng)規(guī)模很大，運(yùn)行極其復(fù)雜，需要綜合分析。以遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為核心，組成了調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。自1970 年以來(lái)，狀態(tài)估計(jì)和最優(yōu)潮流的理論研究取得了重大進(jìn)展。1976 年明尼蘇達(dá)會(huì)議上首次提出了調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)(DTS)的概念。20 世紀(jì)90 年代后，高速數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)的成熟和推廣使得調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)深度互聯(lián)，逐漸發(fā)展成一個(gè)分層、分布的智能超級(jí)控制中心系統(tǒng)[2]。

從天津電網(wǎng)的實(shí)際看，天津早期的電網(wǎng)自動(dòng)化起步是實(shí)現(xiàn)天津地區(qū)負(fù)荷總加管理的需要。隨著電網(wǎng)的發(fā)展.天津電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化在線運(yùn)行的計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了SD-176、PDP-11/73、PSCS到功能齊全的CC-2000 系統(tǒng)的發(fā)展歷程[3]。

CC-2000 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)是由2 臺(tái)MOTOROLA 前置機(jī)、2臺(tái)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器ALPHAServer800、4 臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器ALPHAServer4000(2 個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，2 個(gè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù))、8 臺(tái)ALPHA600A 工作站、5 臺(tái)3C16942 型12 口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及1 臺(tái)DECServer90M 終端服務(wù)器組成的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。采用雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由4 個(gè)100/10 兆交換機(jī)組成，所有的服務(wù)器和工作站均連接到兩個(gè)100 兆網(wǎng)上，構(gòu)成雙機(jī)冗余熱備用。前置處理機(jī)接人的信息量很大，采用第三網(wǎng)連接方式，即前置系統(tǒng)通過(guò)第三網(wǎng)(10MB)與實(shí)時(shí)服務(wù)器交換信息。該系統(tǒng)軟件采用CC-2000開放式EMS 系統(tǒng)。軟件采用了90 年代初在計(jì)算機(jī)界和計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)的開放式系統(tǒng)(Open System)概念CC-2000 系統(tǒng)與PSCS 系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：1）系統(tǒng)容量大大增強(qiáng)。直接接收的廠站數(shù)量可達(dá)128 個(gè)。與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通信口為25 個(gè)。分布式系統(tǒng)可連接的工作站不大于30 臺(tái)；2）具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能。以網(wǎng)絡(luò)形式實(shí)現(xiàn)了天津調(diào)度與華北總調(diào)、與15 個(gè)區(qū)(縣)調(diào)二級(jí)調(diào)度所SCADA 系統(tǒng)之間的計(jì)算機(jī)通信，并通過(guò)天津調(diào)度完成二級(jí)調(diào)度之間所需實(shí)時(shí)信息的交換。CC-2000 系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)接人調(diào)度局MIS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上，調(diào)度局MIS 網(wǎng)通過(guò)訪問(wèn)商用的SYBASE 庫(kù)實(shí)現(xiàn)CC-2000 系統(tǒng)與MIS 系統(tǒng)的信息交換，達(dá)到實(shí)時(shí)信息全電力公司共享；3）實(shí)現(xiàn)了GPS 定位時(shí)鐘系統(tǒng)，提高了事件順序記錄(SOE)的精度；4)開放式支撐平臺(tái)是CC—2000 優(yōu)于PSCS的最重要的一點(diǎn)。它為最終用戶提供了更好的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性，有利于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

3 電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

其實(shí)，CC-2000 電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展基本代表了整個(gè)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。那就是基于先進(jìn)的開放式分布應(yīng)用環(huán)境，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、中間件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、Web 技術(shù)、JAVA 技術(shù)和國(guó)際國(guó)內(nèi)以及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，利用開放性和分布式環(huán)境為電力調(diào)度用戶的維護(hù)、擴(kuò)容和升級(jí)提供越來(lái)越大的方便，為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行提供有益的技術(shù)保障。

[1]商國(guó)才.電力系統(tǒng)自動(dòng)化[M].天津：天津大學(xué)出版社，1999.

[2]吳文傳，張伯明，孫宏斌.電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[3]天津電網(wǎng)調(diào)度史編委會(huì)編.天津電網(wǎng)調(diào)度史[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.