實(shí)時(shí)電力調(diào)度系統(tǒng)的分析及應(yīng)用

，，， ， ， ，勤勤，

(四川電力調(diào)度控制中心，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展，四川電網(wǎng)已由華中電網(wǎng)中的末端電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榇笏姟⒋笏统鲂蜆屑~電網(wǎng)，運(yùn)行方式日趨多樣，電氣耦合關(guān)系日趨復(fù)雜。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，四川電力調(diào)度控制中心(以下簡(jiǎn)稱省調(diào))下達(dá)設(shè)備檢修、系統(tǒng)運(yùn)行方式改變、事故處理、新設(shè)備投運(yùn)等操作指令更加頻繁；同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，通過實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電廠有功出力平衡供電負(fù)荷，使得電力調(diào)度的工作強(qiáng)度和負(fù)擔(dān)急劇增加。在深入分析調(diào)度指令特性，綜合考慮省調(diào)與發(fā)電廠站之間的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，提出了使用實(shí)時(shí)調(diào)令的概念。采用智能排序和短期負(fù)荷曲線調(diào)整算法優(yōu)化調(diào)度策略，并開發(fā)了并網(wǎng)發(fā)電廠實(shí)時(shí)調(diào)令系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度的目標(biāo)。

1 調(diào)度指令的工作現(xiàn)狀及存在的問題

調(diào)度指令(以下簡(jiǎn)稱調(diào)令)是指電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)值班調(diào)度員對(duì)其下級(jí)值班調(diào)度員或調(diào)度管轄廠站值班員發(fā)布有關(guān)運(yùn)行和操作的指令。由于電網(wǎng)運(yùn)行的特殊性，對(duì)調(diào)令具有及時(shí)性高、內(nèi)容準(zhǔn)確、信息傳輸安全以及可追溯等要求。

現(xiàn)行的調(diào)令作業(yè)方式主要依靠電話語音，省調(diào)調(diào)度員通過人工撥號(hào)向下轄電廠發(fā)送點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的語音調(diào)令。調(diào)令口述完畢后需要對(duì)方復(fù)述并確認(rèn)收到做為回執(zhí)，同時(shí)計(jì)算機(jī)保存雙方通話錄音，并要求人工紙質(zhì)記錄電話調(diào)令內(nèi)容存檔，以備復(fù)核。

此種調(diào)令作業(yè)方式存在撥號(hào)延時(shí)，響應(yīng)速度慢，不能同時(shí)向多個(gè)電廠發(fā)送調(diào)令以及紙質(zhì)留存的文檔不易保存和管理等問題，并且語音調(diào)令的作業(yè)方式對(duì)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、精細(xì)化管理有一定制約作用。隨著并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組增加，社會(huì)用電負(fù)荷越來越大，調(diào)度方式也將日益復(fù)雜，調(diào)度工作需要改變傳統(tǒng)的調(diào)令作業(yè)方式，高度集成業(yè)務(wù)各項(xiàng)功能來簡(jiǎn)化工作流程，提高生產(chǎn)效率，增進(jìn)調(diào)度管理水平。

2 實(shí)時(shí)調(diào)度的應(yīng)用分析

2.1 基于高實(shí)時(shí)性的智能調(diào)令

根據(jù)目前的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)以及調(diào)度工作的需要，建立了一套完備的調(diào)令系統(tǒng)，連接省調(diào)主站與電廠端，實(shí)時(shí)與進(jìn)行交互，對(duì)數(shù)據(jù)獲取自動(dòng)化要求也較高，涉及計(jì)劃曲線、實(shí)時(shí)電量、電廠實(shí)時(shí)發(fā)電能力等相關(guān)數(shù)據(jù)。按常用設(shè)置上網(wǎng)出力，回計(jì)劃曲線等調(diào)令類型對(duì)調(diào)令進(jìn)行分類，以電廠的所屬發(fā)電集團(tuán)、自然流域分布、機(jī)組裝機(jī)容量等屬性對(duì)電廠進(jìn)行歸類

圖1 電廠實(shí)時(shí)調(diào)度

排序。調(diào)度員能快速選取調(diào)令對(duì)象以及調(diào)令類型，并輸入文字內(nèi)容，省調(diào)與電廠的調(diào)令交互也由一對(duì)一模式變?yōu)楦咝实囊粚?duì)多模式。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)基于調(diào)度數(shù)據(jù)專用網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)調(diào)令下發(fā)速度是電話模式的兩倍，調(diào)令的準(zhǔn)確性也提高了30%，同時(shí)調(diào)令延時(shí)性也控制在平均200 ms以內(nèi)，很大程度地改善了調(diào)度工作效率。電廠實(shí)時(shí)調(diào)度如圖1所示。

2.2 調(diào)令的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋分析

以往的發(fā)電調(diào)度業(yè)務(wù)沒有實(shí)時(shí)系統(tǒng)支撐，無法對(duì)電廠的調(diào)度指令執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只能過后進(jìn)行考核。調(diào)令系統(tǒng)將對(duì)主站端發(fā)出的每一條調(diào)令進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并發(fā)送回執(zhí)信息以判斷電廠端是否成功接收調(diào)令。調(diào)令系統(tǒng)能夠通過智能化圖形和數(shù)據(jù)列表的形式對(duì)發(fā)電計(jì)劃曲線，電廠實(shí)際發(fā)電出力曲線，調(diào)令目標(biāo)發(fā)電出力曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過對(duì)比及時(shí)發(fā)現(xiàn)電廠違規(guī)發(fā)電動(dòng)作，及時(shí)糾正發(fā)電出力，保證主網(wǎng)安全運(yùn)行。

2.3 應(yīng)急處理

主站端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用雙機(jī)集群方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)備份并歸檔到磁盤陣列上，當(dāng)其數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障造成數(shù)據(jù)丟失時(shí)，可通過雙機(jī)集群的磁盤陣列快速恢復(fù)數(shù)據(jù)以保證安全生產(chǎn)。

主站端應(yīng)用服務(wù)器采用主備方式進(jìn)行部署，當(dāng)應(yīng)用服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，可立即通過切換應(yīng)用程序到備用服務(wù)器的方法保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在系統(tǒng)主站因意外發(fā)生故障期間，電廠端程序無法連接主站端服務(wù)，電廠在申請(qǐng)調(diào)整發(fā)電出力時(shí)會(huì)自動(dòng)退回該申請(qǐng)并告知操作人員電廠端已與主站端失去聯(lián)系，應(yīng)改變聯(lián)系方式進(jìn)行申請(qǐng)，以保障電廠正常生產(chǎn)秩序。

3 實(shí)時(shí)調(diào)度的挖掘與優(yōu)化算法

3.1 電廠智能排序

智能排序是指將電廠基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)、調(diào)令中的出力信息或運(yùn)行方式、實(shí)時(shí)的發(fā)電低高比、機(jī)組實(shí)時(shí)負(fù)荷率、發(fā)電計(jì)劃完成比例等信息做為電廠的附加屬性。同時(shí)，引入交叉變量四川省經(jīng)濟(jì)與信息委員會(huì)最新下發(fā)的《主網(wǎng)統(tǒng)調(diào)統(tǒng)分發(fā)電機(jī)組排序表》里面的排位參數(shù)。綜合考量電廠目前運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)運(yùn)行電廠進(jìn)行優(yōu)先發(fā)電分類排序，調(diào)度人員可以參照排序科學(xué)調(diào)整電廠出力，以達(dá)到節(jié)能發(fā)電調(diào)度和資源利用最大化的目標(biāo)(如圖2)。

3.2 超短期負(fù)荷曲線調(diào)整

超短期負(fù)荷曲線調(diào)整是根據(jù)省調(diào)自動(dòng)化部門提供的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線修正當(dāng)前的發(fā)電計(jì)劃。超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線的數(shù)據(jù)粒度與日發(fā)電計(jì)劃編制一樣統(tǒng)一為15 min，計(jì)量單位為萬千瓦時(shí)。

負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差曲線與原始計(jì)劃曲線必然存在差值{x|x≥0}，并從當(dāng)前時(shí)間起計(jì)算當(dāng)天每一計(jì)劃點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算出兩條曲線之間的偏差量，通過人工判斷或給系統(tǒng)設(shè)定閾值偏差量來判定是否需要調(diào)整原始計(jì)劃曲線。

圖2 電廠智能排序

圖3 超短期負(fù)荷曲線調(diào)整

某電廠某時(shí)刻調(diào)整后曲線負(fù)荷值為該時(shí)刻的負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差值乘以該廠原始計(jì)劃占該時(shí)刻總原始計(jì)劃的比例。

4 主要技術(shù)手段

4.1 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)

調(diào)令系統(tǒng)因其應(yīng)用的特殊性，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)要求較高，必須實(shí)時(shí)保證通信網(wǎng)絡(luò)的高穩(wěn)定性、低延時(shí)性和極高的安全性?，F(xiàn)有通信運(yùn)營(yíng)商提供的普通網(wǎng)絡(luò)無法滿足系統(tǒng)要求，因此調(diào)令系統(tǒng)主站端與電廠端統(tǒng)一部署在國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)。在保證省調(diào)主站與電廠端高連通率的情況下，通過網(wǎng)絡(luò)防火墻保證通信安全。在此調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)令系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)服務(wù)，完成電廠端與主站端之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互。

4.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

省調(diào)主站端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫軟件采用Oracle企業(yè)版，使用數(shù)據(jù)庫集群對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行支撐。集成的集群件：利用一組通用、內(nèi)置的集群服務(wù)創(chuàng)建和運(yùn)行數(shù)據(jù)庫集群。自動(dòng)工作負(fù)載管理：將服務(wù)連接請(qǐng)求發(fā)送給擁有最低負(fù)載的適當(dāng)服務(wù)器；一旦發(fā)生故障，自動(dòng)將剩余的服務(wù)器重新分配以用于服務(wù)。

電廠端系統(tǒng)支持離線操作，僅保存本電廠調(diào)度范圍內(nèi)的調(diào)令，提供歷史調(diào)令查詢功能。同時(shí)本地?cái)?shù)據(jù)庫會(huì)保存與本電廠關(guān)聯(lián)發(fā)電計(jì)劃曲線，發(fā)電機(jī)組的技術(shù)出力等參數(shù)，同時(shí)會(huì)下載備份并網(wǎng)電廠輔助服務(wù)及運(yùn)行管理考核的結(jié)果，便于電廠對(duì)發(fā)電運(yùn)行情況進(jìn)行離線分析。

4.3 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

四川電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電廠實(shí)時(shí)調(diào)令系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，分為數(shù)據(jù)交換平臺(tái)、調(diào)令主站端、電廠客戶端。考慮到企業(yè)級(jí)應(yīng)用安全性、可靠性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性，將采用.net remote中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)應(yīng)用數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。.net remote提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、高效的處理遠(yuǎn)程對(duì)象，是微軟中間件技術(shù)企業(yè)級(jí)解決方案。.net remote具備分布事務(wù)處理，同時(shí)具備動(dòng)態(tài)集群的能力，可在不改變程序的情況，建立動(dòng)態(tài)集群，提高服務(wù)的處理能力。目前國(guó)際上C/S架構(gòu)上.net remote是一種常用的優(yōu)秀的解決方案。

4.4 系統(tǒng)物理架構(gòu)

四川電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電廠實(shí)時(shí)調(diào)令系統(tǒng)調(diào)令主站系統(tǒng)包括調(diào)令主站應(yīng)用程序服務(wù)和調(diào)令主站客戶端；電廠端調(diào)令系統(tǒng)包括電廠調(diào)令主站應(yīng)用程序服務(wù)和調(diào)令電廠端；調(diào)令主站主要部署在省調(diào)，使用對(duì)象為調(diào)度員和相關(guān)專責(zé)；電廠調(diào)令系統(tǒng)的主站應(yīng)用程序服務(wù)部署在省調(diào)，電廠端分別部署在200多家并網(wǎng)發(fā)電廠，使用對(duì)象為200多家電廠相關(guān)人員。

5 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)及解決方法

5.1 橫向數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)

實(shí)時(shí)調(diào)令系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)全省統(tǒng)調(diào)電廠的實(shí)時(shí)調(diào)令下發(fā)和短期負(fù)荷調(diào)整，必須要接入其他管理應(yīng)用系統(tǒng)，橫向收集集成各應(yīng)用系統(tǒng)的生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。

省調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)可通過網(wǎng)絡(luò)物理隔離裝置與網(wǎng)絡(luò)防火墻實(shí)現(xiàn)與省調(diào)生產(chǎn)大區(qū)的信息交互。調(diào)令系統(tǒng)建立了與發(fā)電計(jì)劃編制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，以收集發(fā)電計(jì)劃曲線參數(shù)；建立了與四川電網(wǎng)EMS、TMR等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)時(shí)采集電廠出力與上網(wǎng)電量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)；建立了與省調(diào)自動(dòng)化之間的數(shù)據(jù)接口，接收超短期負(fù)荷曲線調(diào)整參數(shù)等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)做為實(shí)時(shí)調(diào)度的數(shù)據(jù)支撐，通過接口文件和傳輸軟件實(shí)時(shí)交換與更新，提高調(diào)令系統(tǒng)輔助決策的科學(xué)性與及時(shí)性。

5.2 主站服務(wù)端與電廠端數(shù)據(jù)交互

部署在同一調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)內(nèi)的電廠端與主站端，需要實(shí)現(xiàn)電廠與省調(diào)之間的調(diào)令請(qǐng)求、機(jī)組出力調(diào)整以及負(fù)荷參數(shù)等信息的實(shí)時(shí)通訊與數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)交換通過兩種方式實(shí)現(xiàn)：①由電廠端主動(dòng)發(fā)起，向主站服務(wù)請(qǐng)求同步數(shù)據(jù)；②由主站服務(wù)端自動(dòng)發(fā)送的方式，將采用Remoting客戶端事件注冊(cè)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)：電廠端首先在主站服務(wù)注冊(cè)事件，訂閱需要的主題數(shù)據(jù)，當(dāng)主站服務(wù)需要同步數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)該事件，將同步數(shù)據(jù)的內(nèi)容放入事件消息中，調(diào)用客戶端代理，將數(shù)據(jù)發(fā)送到電廠端，電廠端對(duì)消息進(jìn)行相應(yīng)的處理。Remoting通信機(jī)制既支持TCP信道又支持HTTP信道，傳輸速度極快，實(shí)現(xiàn)了主站-電廠端調(diào)令快速交互。同時(shí)Remoting既可傳輸基于XML協(xié)議的SOAP包又可傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，有效解決了通信多樣化和通訊性能衰減的問題，同時(shí)又降低了系統(tǒng)對(duì)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)IIS服務(wù)器的依賴性。

部署在200多個(gè)統(tǒng)調(diào)電廠的調(diào)令電廠端程序與主站服務(wù)端保持實(shí)時(shí)通信，為保證調(diào)令能夠及時(shí)準(zhǔn)確到達(dá)電廠，必須時(shí)刻監(jiān)測(cè)主站與電廠的通信狀況。主站程序?qū)崟r(shí)向電廠端發(fā)送響應(yīng)請(qǐng)求，電廠端收到請(qǐng)求后響應(yīng)發(fā)送回執(zhí)到主站。通過主站與電廠之間的響應(yīng)-回執(zhí)機(jī)制來監(jiān)測(cè)通信狀況，若主站未收到電廠端回執(zhí)，則觸動(dòng)告警，系統(tǒng)發(fā)出網(wǎng)絡(luò)通信中斷的提示。

主站端需要同時(shí)與200多個(gè)電廠端保持7×24小時(shí)的實(shí)時(shí)聯(lián)系，期間主站通過調(diào)令群發(fā)功能同時(shí)向幾十個(gè)電廠發(fā)送調(diào)令，電廠端向主站發(fā)送上網(wǎng)出力、負(fù)荷調(diào)整等運(yùn)行申請(qǐng)，下載并網(wǎng)電廠輔助服務(wù)及運(yùn)行管理考核到本地等操作會(huì)造成系統(tǒng)并發(fā)訪問較多。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)采用多線程處理架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，并基于調(diào)度安全準(zhǔn)則將部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在電廠端的本地?cái)?shù)據(jù)庫中，以減小主站服務(wù)端和電廠端的數(shù)據(jù)交互量。并且對(duì)數(shù)據(jù)庫中占用磁盤空間較大的數(shù)據(jù)表進(jìn)行存儲(chǔ)分區(qū)以提高數(shù)據(jù)庫I/O性能，從而保證系統(tǒng)能在高并發(fā)訪問的環(huán)境中保持穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié) 論

建立了高智能、高準(zhǔn)確性的實(shí)時(shí)調(diào)度策略，通過調(diào)令監(jiān)測(cè)與反饋機(jī)制，全過程實(shí)時(shí)監(jiān)督調(diào)令執(zhí)行情況，實(shí)時(shí)分析反饋參數(shù)并及時(shí)做出響應(yīng)。電廠發(fā)電智能排序以及超短期負(fù)荷曲線調(diào)整算法，有效提高了電力資源的利用效率，為節(jié)能發(fā)電調(diào)度、科學(xué)合理利用資源提供了有力的決策支持。同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)修正發(fā)電計(jì)劃曲線，使發(fā)電負(fù)荷與用電負(fù)荷趨于最優(yōu)的平衡狀態(tài)。實(shí)時(shí)調(diào)令策略的分析和應(yīng)用具有深度挖掘的潛力，通過開發(fā)人工智能和調(diào)度算法能進(jìn)一步提高調(diào)度指令準(zhǔn)確性與科學(xué)性，不斷探索創(chuàng)新，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

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