淺談電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行面臨的關(guān)鍵技術(shù)研究

譙嬋　陳昭娣

摘要：在智能電網(wǎng)越來越普及的今天，智能電網(wǎng)調(diào)度作為輸電網(wǎng)絡(luò)中的核心部分，承擔(dān)著維持電力正常運(yùn)輸和平穩(wěn)運(yùn)行的重要任務(wù)。為了保證智能電網(wǎng)調(diào)度的順利進(jìn)行，必須采取一系列的智能調(diào)度技術(shù)支持相應(yīng)的系統(tǒng)目標(biāo)，進(jìn)而有效提升輸電網(wǎng)絡(luò)的配置能力和防御能力。電力調(diào)度通信中心作為電網(wǎng)運(yùn)行的直接生產(chǎn)單位，其智能化的運(yùn)行就顯得尤為重要。也只有實(shí)現(xiàn)智能化才能夠安全、穩(wěn)定、有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，才能夠滿足智能電網(wǎng)的要求。本文分析了智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行面臨的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);調(diào)度運(yùn)行;關(guān)鍵技術(shù);

1引言

隨著可再生能源的快速發(fā)展，大量隨機(jī)性、間歇式的風(fēng)電和光伏接入電網(wǎng)，電網(wǎng)運(yùn)行方式的不確定性顯著增加;受外部環(huán)境和電力設(shè)備健康狀態(tài)的影響，電網(wǎng)故障的情況難以避免，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊。因此，迫切需要通過提升實(shí)時(shí)在線分析工具的技術(shù)水平，有效防控電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。

2智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)

電網(wǎng)調(diào)度的目的在于保證電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的用電量與發(fā)電量的平衡，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。電網(wǎng)調(diào)度的主要功能有調(diào)度計(jì)劃、調(diào)度運(yùn)行、運(yùn)行方式、通信自動(dòng)化、繼電保護(hù)等。而在電網(wǎng)調(diào)度功能的實(shí)現(xiàn)中，智能化發(fā)展是電網(wǎng)調(diào)度功能的發(fā)展趨勢(shì)。我國的智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行也逐漸趨于成熟，但其中仍然不乏一些問題。為了進(jìn)一步規(guī)范電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的智能化，國調(diào)中心對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)提出安全可靠、先進(jìn)實(shí)用、開放與可拓展、可管理易維護(hù)等方面的要求。以下將會(huì)主要介紹三種關(guān)鍵技術(shù)。

2.1系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)

計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的物理載體。幾十年來.計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)不斷進(jìn)行著更新?lián)Q代，每一次發(fā)展和進(jìn)步都成為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的有力助推器。

自20世紀(jì)80年代以來，電網(wǎng)調(diào)控中心一直采用主備機(jī)模式，但現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)高性能計(jì)算的要求越來越高，而單體計(jì)算機(jī)的速率已接近飽和，需要采用多處理機(jī)并行計(jì)算。基于多智能代理（MAS）的軟件管理模式，各服務(wù)器在統(tǒng)一的任務(wù)分配下并行處理相應(yīng)業(yè)務(wù)。服務(wù)器間通過廣播傳遞心跳報(bào)文，對(duì)應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行管理。管理算法是分布式的，系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級(jí)和設(shè)定算法保證有且僅有一臺(tái)主機(jī)。在進(jìn)程管理方面，主動(dòng)匯報(bào)進(jìn)程周期調(diào)用匯報(bào)接口進(jìn)行進(jìn)程狀態(tài)匯報(bào)。被動(dòng)監(jiān)視進(jìn)程由進(jìn)程管理程序定期判斷是否在運(yùn)行。在網(wǎng)絡(luò)管理方面，系統(tǒng)的雙網(wǎng)管理采用bonding技術(shù)，將多塊網(wǎng)卡通過綁定虛擬成一塊網(wǎng)卡，可以有效實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，提高機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和可用性。

從系統(tǒng)建模角度，現(xiàn)有各級(jí)調(diào)控中心EMS系統(tǒng)多基于弱互聯(lián)電網(wǎng)階段需求建設(shè)而成，各自按調(diào)度管轄范圍分別獨(dú)立建模。而隨著電網(wǎng)互聯(lián)程度的逐漸加強(qiáng)，大電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析應(yīng)成為調(diào)度員的必備工具;另一方面，從管理角度，正在進(jìn)行的“大運(yùn)行”體系建設(shè)也對(duì)深入掌握各級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行信息提出了要求。上述需求都對(duì)擴(kuò)充電網(wǎng)建模范圍提出了客觀要求，而這僅靠某一級(jí)調(diào)控中心獨(dú)立建模是難以完成的，迫切需要實(shí)現(xiàn)模型的共享。從系統(tǒng)架構(gòu)角度，應(yīng)充分利用流行的“云計(jì)算”技術(shù)在現(xiàn)有體系架構(gòu)之外搭建由若干其他服務(wù)器構(gòu)成的計(jì)算云，通過平臺(tái)提供的總線和代理服務(wù)，各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)所構(gòu)建的模型可同步上傳到云中心，并根據(jù)分析需要訂閱和下載自身需要的電網(wǎng)模型。

預(yù)計(jì)將來基于全網(wǎng)大模型的電網(wǎng)分析計(jì)算將承載于大量的廣域分布式計(jì)算機(jī)上，具備前所未有的計(jì)算能力、可擴(kuò)展性、廉價(jià)性。

3數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)

3.1RTU/SCADA

基于RTU的SCADA是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集和處理電力系統(tǒng)運(yùn)行中各種實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，是電網(wǎng)調(diào)控中心各種在線應(yīng)用軟件主要的數(shù)據(jù)來源。SCADA及在此基礎(chǔ)上的狀態(tài)估計(jì)信息是調(diào)控運(yùn)行人員監(jiān)視、分析、控制電網(wǎng)的最重要基礎(chǔ)信息。在調(diào)度端起到調(diào)度員“眼睛”和“耳朵”的作用，同時(shí)在廠站端又承擔(dān)執(zhí)行調(diào)度指令的“手”和“腳”的功能。SCADA覆蓋了所在電網(wǎng)各電壓等級(jí)，并可與聯(lián)網(wǎng)的其他系統(tǒng)交換所需要的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息比較全而;SCADA信息的采集與管理有相對(duì)規(guī)范的隊(duì)伍進(jìn)行維護(hù)和完善，確保其運(yùn)行的可靠。

隨著大電網(wǎng)調(diào)度控制對(duì)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)精確度、同時(shí)性要求不斷提高，下一步SCADA研究和建設(shè)重點(diǎn)為：

1）RTU采集數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)，逐步實(shí)現(xiàn)與PMU采集數(shù)據(jù)的融合。不同RTU數(shù)據(jù)采集的同步性可以達(dá)到20ms以內(nèi)，RTU中的模擬量采集和傳輸頻率可以達(dá)到5Hz，測(cè)量數(shù)據(jù)都在測(cè)控裝置側(cè)打上時(shí)標(biāo)。

2）RTU，PMU和在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（系統(tǒng)輸變電在線監(jiān)測(cè)模塊提供）融合形成廣義SCADA。廣義SCADA可應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備健康診斷和壽命估計(jì)?；趶V義SCADA數(shù)據(jù)，可以在線修正線路的熱穩(wěn)定極限，進(jìn)行設(shè)備的健康狀態(tài)、故障率預(yù)測(cè)等，并以此實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與調(diào)度計(jì)劃優(yōu)化決策。

另外，在廠站端，分布式智能控制模式是SCADA的一個(gè)發(fā)展方向。廠站設(shè)備元件配備含操作系統(tǒng)的處理器和傳感器，每個(gè)元件構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的智能單元，在集中控制計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)下，可將采集到的設(shè)備狀態(tài)信息與鄰近元件交互，從而在廠站端即可構(gòu)建與一次電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相適應(yīng)的電網(wǎng)模型，并可將該模型和數(shù)據(jù)信息上傳調(diào)度端。這是物聯(lián)網(wǎng)思想在電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中應(yīng)用的一個(gè)體現(xiàn)，提升對(duì)廠站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)感知智能化程度的同時(shí)，有望將原來在調(diào)度端構(gòu)建的電網(wǎng)模型前移至廠站內(nèi)，為智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)“源端維護(hù)”提供更有利的條件。

3.2人機(jī)交互及可視化技術(shù)

幾十年來，電力系統(tǒng)的人機(jī)交互手段已經(jīng)得到很大發(fā)展，經(jīng)歷了由模擬到數(shù)字、由簡(jiǎn)單到豐富、由單一到綜合的過渡過程，為調(diào)度員提供了大量直觀豐富的電網(wǎng)工況信息。盡管如此，現(xiàn)有的人機(jī)交互仍然存在如下問題：

1）信息表現(xiàn)不夠充分和友好?，F(xiàn)有EMS系統(tǒng)大多直接使用數(shù)據(jù)形式來表現(xiàn)屬性，除了簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)可視化手段外，大多僅在廠站圖、潮流圖中展示系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，沒有充分利用圖形圖像可視化領(lǐng)域

最新技術(shù)。更進(jìn)一步，沒有深入分析系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)界面的功能需求，將多媒體信息與用戶需求相結(jié)合，數(shù)據(jù)表現(xiàn)不夠充分和友好。

2）對(duì)信息的挖掘和分析功能不足。當(dāng)前主要是將各種數(shù)據(jù)直接顯示給運(yùn)行調(diào)度人員，缺乏對(duì)這些數(shù)據(jù)的深入分析挖掘，無法將電力系統(tǒng)的深層次的規(guī)律展示給操作人員，既造成了大量數(shù)據(jù)信息的浪費(fèi)，也給電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制帶來了諸多困難。3）信息表現(xiàn)和分析粒度與實(shí)際需求不匹配。為了更好地反映電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，要求在單一的電氣接線圖或地理接線圖上盡可能多地顯示信息，但是這樣做帶來了兩個(gè)弊端，一是對(duì)調(diào)度運(yùn)行人員來說有很多數(shù)據(jù)信息是他們所不需要關(guān)心的，過多的數(shù)據(jù)信息反而會(huì)干擾他們的決策;二是大量的細(xì)節(jié)信息容易淹沒關(guān)鍵信息，尤其在事故處理情況下，難以給調(diào)度運(yùn)行人員掌握系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)提供有效幫助。

4結(jié)語

雖然智能電網(wǎng)仍然存在局限性，但是它仍然是電力方面的一場(chǎng)變革，拓展了電網(wǎng)在各個(gè)方面的改革與發(fā)展。通過電網(wǎng)調(diào)度基本功能與國家電力局對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行技術(shù)方面的要求介紹，簡(jiǎn)單闡明了智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的要求所在;并從三個(gè)方面解析了智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行所面臨的關(guān)鍵技術(shù)。我國智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行仍然處于發(fā)展階段，需要在更多的運(yùn)行中探索并發(fā)展其關(guān)鍵技術(shù)。智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，也是電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)展，將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性

參考文獻(xiàn)

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