電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化研究

曹國(guó)紅（國(guó)網(wǎng)達(dá)州供電公司，四川　達(dá)州　635000）

電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化研究

曹國(guó)紅
（國(guó)網(wǎng)達(dá)州供電公司，四川達(dá)州635000）

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化是指利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)等各種高新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中電網(wǎng)的安全運(yùn)行以及事故狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)、控制與保護(hù)的自動(dòng)化和智能化。近年來，隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的普及與應(yīng)用，對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全、可靠與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都發(fā)揮出了重要的作用。本文結(jié)合工作實(shí)際，從實(shí)施電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的意義出發(fā)，并著重就電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了研究與探索。

電力系統(tǒng)；電網(wǎng)調(diào)度；自動(dòng)化；研究

電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中聯(lián)系發(fā)電與用電設(shè)施的總稱，并主要由輸電線路、配電線路、變電站、配電所等多個(gè)部分所組成。隨著近年來我國(guó)電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模正逐漸擴(kuò)大，其電壓等級(jí)也不斷提高?；谶@樣龐大的電力網(wǎng)絡(luò)，必須采用調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與經(jīng)濟(jì)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行故障的及時(shí)分析與處理，進(jìn)而保障整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。

一、實(shí)施電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的意義

（一）提高供電質(zhì)量

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化能利用各種終端系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行過程中電壓、頻率、負(fù)荷、潮流等數(shù)據(jù)變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過對(duì)電網(wǎng)中各類設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而使無功功率趨向于平衡，并保證主設(shè)備的位置狀況及各種指標(biāo)能符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，從而有效提升供電質(zhì)量與供電安全。

（二）提高供電可靠性

由于導(dǎo)致電網(wǎng)故障和異常情況發(fā)生的因素非常復(fù)雜，且發(fā)生過程非常迅速，如果不能及時(shí)預(yù)測(cè)、判斷和處理各類電網(wǎng)故障，不僅可能危害到人身及設(shè)備的安全，甚至?xí)l(fā)電網(wǎng)的大面積崩潰瓦解，造成大面積停電事故，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失。

通過電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，一方面能對(duì)復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)控，當(dāng)故障發(fā)生后能及時(shí)對(duì)故障原因、故障發(fā)生地點(diǎn)進(jìn)行判斷及分析，從而使運(yùn)行人員能及時(shí)的處理故障；另一方面，調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)還能通過饋線自動(dòng)化的故障隔離，以及故障區(qū)域的供電恢復(fù)，以極大的減少停電時(shí)間和停電范圍，這都有效保證了供電的可靠性。

（三）提高了供電的經(jīng)濟(jì)性

在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行安全監(jiān)控的基礎(chǔ)上，通過電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)，還能進(jìn)行電網(wǎng)的拓?fù)浞治?、狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算以及負(fù)荷預(yù)測(cè)等多種功能，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，從而達(dá)到降低供電損耗，節(jié)省能源，多發(fā)電和多供電的目的，有效提高供電的經(jīng)濟(jì)性。

二、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的功能及應(yīng)用

（一）電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的分層控制應(yīng)用

隨著近年來我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)的逐步擴(kuò)大，在全國(guó)范圍內(nèi)已形成了東北電網(wǎng)、華北電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)以及南方電網(wǎng)這六個(gè)跨省市的大型區(qū)域電網(wǎng)。而基于這樣龐大的電力網(wǎng)絡(luò)，為保障大型電力網(wǎng)絡(luò)之間的能量交換，必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的分級(jí)控制與管理。目前，我國(guó)電網(wǎng)的自動(dòng)化分層控制主要分為5級(jí)，分別為國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、地市級(jí)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、縣級(jí)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，如圖1所示。

如圖1所示，我國(guó)電網(wǎng)通過實(shí)施分層自動(dòng)化管理，各層次之間的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)信息的分層采集、逐級(jí)上傳，以保證整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)、安全和可靠運(yùn)行。以國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)為例，其主要功能和特點(diǎn)有：

1國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。在該級(jí)系統(tǒng)中通過通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)之間相連接，以協(xié)調(diào)和控制大區(qū)電網(wǎng)的潮流分布與運(yùn)行方式，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理全國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況。其功能主要包括：

一是收集和整理大區(qū)域電網(wǎng)和相關(guān)省網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控全國(guó)電網(wǎng)和大區(qū)重點(diǎn)電網(wǎng)的運(yùn)行工況，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)報(bào)表生成；二是進(jìn)行全國(guó)電網(wǎng)的潮流分析、短路電流分析、穩(wěn)定電流分析以及電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)分析等，并通過數(shù)據(jù)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，以校核數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，并對(duì)所收集信息進(jìn)行處理，提出全國(guó)電網(wǎng)長(zhǎng)期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的對(duì)策。

2大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。在該級(jí)系統(tǒng)中根據(jù)統(tǒng)一調(diào)度和分級(jí)管理的原則，對(duì)東北電網(wǎng)、華北電網(wǎng)、西北電網(wǎng)等各大區(qū)電網(wǎng)的安全運(yùn)行、用電計(jì)劃負(fù)責(zé)，以提高供電的質(zhì)量和安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的水平。其功能主要包括：

一是進(jìn)行各大區(qū)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、實(shí)時(shí)監(jiān)控與安全分析等多項(xiàng)功能；二是進(jìn)行大區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)調(diào)度分配以及自動(dòng)發(fā)電控制等功能，并進(jìn)行省級(jí)電網(wǎng)和地市級(jí)電網(wǎng)的供電量和受點(diǎn)量的計(jì)劃編制與分析；三是進(jìn)行大區(qū)電網(wǎng)的潮流分析、短路電流分析、穩(wěn)定電流分析以及電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)分析等，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳或下傳。

綜上所述，“數(shù)學(xué)基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)”作為一個(gè)新理論、新課題擺在我們面前，需要我們從實(shí)踐出發(fā)，以案例研究為基礎(chǔ)，透過教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，然后再提升出可推廣的教學(xué)方法。切切實(shí)實(shí)地找到學(xué)生獲取“基本數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)”積累的教學(xué)策略。

（二）電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的具體功能應(yīng)用

根據(jù)各級(jí)電網(wǎng)的具體情況，可以采取不同功能、不同檔次及不同規(guī)格的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。目前，最為基本的是監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA），其功能主要包括了數(shù)據(jù)采集、信息顯示、遠(yuǎn)方控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)計(jì)算等；而另外一些系統(tǒng)則是在SCADA的功能基礎(chǔ)上，在額外添加了部分功能，例如自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、經(jīng)濟(jì)調(diào)度（EDC）等等。

目前，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中功能最為完善的一種系統(tǒng)被稱為能量管理系統(tǒng)（EMS），它能夠?qū)CADA系統(tǒng)、AGC系統(tǒng)、EDC系統(tǒng)的功能融為一體，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控以及自動(dòng)發(fā)電控制等多種分散的功能進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并進(jìn)行統(tǒng)一化的管理，為我國(guó)電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化水平的提升與發(fā)展創(chuàng)造出了有力的條件。EMS調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能，集中在以下幾個(gè)方面：

1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?/p>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲆脖环Q為網(wǎng)絡(luò)接線分析，它是根據(jù)電網(wǎng)一次接線圖以及開關(guān)閉合狀態(tài)，來確定電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與支路之間的連通關(guān)系。利用網(wǎng)絡(luò)接線分析，不僅能給出系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而且還能對(duì)網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行跟蹤著色，用直觀、形象的方式來表現(xiàn)出各網(wǎng)絡(luò)元件的運(yùn)行狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間的連通性。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鍪瞧渌鼞?yīng)用功能的基礎(chǔ)，要求其分析軟件必須反應(yīng)快速，運(yùn)行安全可靠。

2狀態(tài)估計(jì)

利用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行全電網(wǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)收集和匯總時(shí)，其數(shù)據(jù)匯總得到的SCADA數(shù)據(jù)庫往往存在以下缺陷：一是部分設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)無法測(cè)量，導(dǎo)致所收集數(shù)據(jù)的不全面；二是數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)容易存在誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不精確；三是因?yàn)V波或干擾編碼等，造成所收集數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；四是因各種誤差的存在，導(dǎo)致數(shù)據(jù)計(jì)算分析的不準(zhǔn)確。

正是由于SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫所存在以上缺點(diǎn)，近年來廣泛采用了EMS系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，以提高數(shù)據(jù)收集的質(zhì)量與可靠性。狀態(tài)估計(jì)作為一種計(jì)算程序，它不僅能夠根據(jù)最佳估計(jì)準(zhǔn)則以及網(wǎng)絡(luò)方程，并通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鼋Y(jié)構(gòu)，對(duì)所收集進(jìn)行計(jì)算，從而得出與系統(tǒng)真實(shí)狀態(tài)最接近的數(shù)值；而且還能對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的辨識(shí)與檢測(cè)，以及時(shí)刪除或改正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，從而提高了所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與可靠性。

3潮流計(jì)算

潮流計(jì)算是保證電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的重要計(jì)算功能，它能根據(jù)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行條件、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果以及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)各母線電壓、各電力元件功率以及整個(gè)電網(wǎng)功率損耗等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行求解。電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度人員，則可以根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果，對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)供電方案、運(yùn)行方式進(jìn)行對(duì)比分析，從而制定出最合理、經(jīng)濟(jì)的電網(wǎng)運(yùn)行方案。

4負(fù)荷預(yù)測(cè)

EMS系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)電網(wǎng)過去、現(xiàn)在及未來三類數(shù)據(jù)信息的收集與分析，其中未來數(shù)據(jù)信息就主要來源于電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)。負(fù)荷預(yù)測(cè)主要可分為系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)以及母線負(fù)荷預(yù)測(cè)這兩類，它作為EMS系統(tǒng)的主要功能模塊，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及安全控制都是非常重要的。近年來，我國(guó)各省、市、地區(qū)的電力管理部門都非常重視電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，并通過不斷提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度，以提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

三、對(duì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展展望

我國(guó)電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的研究與應(yīng)用工作，最初起始于20世紀(jì)70年代。經(jīng)過多年以來的發(fā)展與應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用已逐步實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化與商業(yè)化。目前，我國(guó)已有38個(gè)省市的電網(wǎng)調(diào)度中心建立了較為完善的SCADA系統(tǒng)或者EMS系統(tǒng)。

自2009年開始，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，要求電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)為技術(shù)支撐平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化與互動(dòng)化特征，這也進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。可以預(yù)見電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢(shì)是：

一是能更加適應(yīng)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展需要，并不斷開發(fā)出與之相適應(yīng)的分析功能與決策功能，能夠更好的輔助調(diào)度人員實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能控制；二是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)在未來將更加標(biāo)準(zhǔn)化、開放化，以不斷適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展需要，并能更好的滿足各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心的信息數(shù)據(jù)交互和融合的需要。

結(jié)語

本文從實(shí)施電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的意義出發(fā)，并著重就電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了研究與探索。隨著電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，它不僅已成為了各省、市地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度工作的重要技術(shù)工具與分析手段，而且明顯提升了電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行水平，對(duì)保障整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行都起到了非常重要的作用。

[1]李文杰.調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].科技咨詢，2013（07）.

[2]李海燕.地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化EMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃研究[J].科技與生活，2014（07）.

[3]周全仁.現(xiàn)代電網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012. [4]陳慈萱.電氣工程基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

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