電力技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行中的應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)營(yíng)口市熊岳供電公司 鄭家祿

1 電力技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行中的應(yīng)用

1.1 電力電子技術(shù)

HVDC高壓直流輸電。高壓直流輸電是憑借直流電的無(wú)感抗、無(wú)同步問(wèn)題、輸送穩(wěn)定的特征，采取大功率遠(yuǎn)距離直流輸電方式的一種輸電技術(shù)，多用于海底電纜輸電或是連接獨(dú)立電力系統(tǒng)，將所輸送電能自三相交流電網(wǎng)導(dǎo)出，經(jīng)換流站將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，在架空線纜中直接傳輸至另一側(cè)換流站轉(zhuǎn)換為交流電，從而接入交流電網(wǎng)。與傳統(tǒng)交流輸電方式相比，其在應(yīng)用于遠(yuǎn)距離輸電場(chǎng)景時(shí)體現(xiàn)出電能損耗率低、輸電容量大、電能等級(jí)與方向可控性強(qiáng)、抑制低頻振蕩的優(yōu)勢(shì)。然而，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，在高壓直流輸電線網(wǎng)中所配置換流站的造價(jià)成本較為高昂，唯有保持在特定輸電距離范圍內(nèi)才能取得預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，適用場(chǎng)景為40～60km電纜線路與600～800km架空線路，這在一定程度上限制了HVDC技術(shù)的推廣普及[1]。

FACTS柔性交流輸電。柔性交流輸電是整合微處理、控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)而構(gòu)成的一種快速控制交流輸電技術(shù)，F(xiàn)ACTS系統(tǒng)由靜止無(wú)功補(bǔ)償器、固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置、靜止同步補(bǔ)償器等組成，同時(shí)具備抑制低頻振蕩、電壓控制、潮流控制等基本使用功能。與其他電力電子技術(shù)相比主要優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)安裝具備獨(dú)立或綜合控制功能的裝置，在輸電過(guò)程中可對(duì)電壓與電抗等主要參數(shù)進(jìn)行適時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)輸送功率合理分配目標(biāo)，從而將功率損耗與實(shí)際發(fā)電成本控制在較低程度，將線路的實(shí)際輸電容量盡可能接近熱穩(wěn)定極限，多用于電力系統(tǒng)的大功率長(zhǎng)距離輸電場(chǎng)景，在出現(xiàn)輸電故障與存在安全隱患時(shí)快速采取處理措施，控制事故影響范圍，避免出現(xiàn)大面積停電現(xiàn)象。

1.2 AEMS能量管理系統(tǒng)

在電網(wǎng)工程中，AEMS能量管理系統(tǒng)是一種用于設(shè)備管理而開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)由應(yīng)用功能及基礎(chǔ)功能加以構(gòu)成，應(yīng)用功能包括自動(dòng)發(fā)電控制、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控等，基礎(chǔ)功能包括支撐模塊、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)等。

在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，能量管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，持續(xù)反饋接收發(fā)電機(jī)正序分量信息、線路原始電壓等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，將監(jiān)測(cè)值與額定值、當(dāng)下電網(wǎng)運(yùn)行狀況與歷史運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)分析結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)與單項(xiàng)設(shè)備在未來(lái)一段時(shí)間的運(yùn)行趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)已存在或是未來(lái)可能出現(xiàn)的運(yùn)行故障，如發(fā)電機(jī)震蕩現(xiàn)象。隨后，能量管理系統(tǒng)在已收集資料信息與電網(wǎng)狀態(tài)分析結(jié)果基礎(chǔ)上，輔助人工或獨(dú)立制定自動(dòng)發(fā)電控制計(jì)劃，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整與實(shí)時(shí)調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資源的優(yōu)化配置目標(biāo)，將故障隱患消滅于萌芽狀態(tài)[2]。

1.3 雷電定位技術(shù)

在電網(wǎng)工程早期運(yùn)行階段中，受到技術(shù)與惡劣氣候限制，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與輸電線路偶爾遭受雷電流打擊，造成嚴(yán)重?fù)p失，如線路過(guò)載運(yùn)行、設(shè)備燒損、絕緣老化加快等，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)造成不利影響。針對(duì)于此，為預(yù)防和減少設(shè)備燒損等安全事故的發(fā)生，盡可量減小天氣因素對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行與電力資源供給造成的影響，需要應(yīng)用到雷電定位技術(shù)，提前預(yù)測(cè)周邊區(qū)域中的閃電所處地理位置，采取相應(yīng)處理措施，避免電網(wǎng)造成雷電流打擊。

同時(shí)，在電網(wǎng)已遭受雷電流打擊時(shí)，雷電定位系統(tǒng)可在已掌握信息資料基礎(chǔ)上，短時(shí)間內(nèi)確定故障點(diǎn)位置與故障影響范圍，調(diào)度人員下達(dá)相應(yīng)控制指令，臨時(shí)性切斷故障部分與非故障部分的連接，待事故得到妥善處理后再恢復(fù)故障部位與非故障部分的連接。具體來(lái)講，在電力調(diào)度運(yùn)行期間，雷電定位技術(shù)主要被用于雷擊事故調(diào)查、雷擊跳閘相關(guān)性判斷、雷擊事故調(diào)度預(yù)防三方面。其中在雷擊事故調(diào)查方面，雷擊定位系統(tǒng)采取單站定位或是多站定位方式對(duì)周邊區(qū)域的天氣條件進(jìn)行觀測(cè)判斷，根據(jù)閃電產(chǎn)生時(shí)形成的天電信號(hào)來(lái)確定閃電所處地理位置，深入調(diào)查雷擊形成原因。

例如，在采取單站定位方法時(shí)，采取交叉環(huán)陰極射線測(cè)向法，根據(jù)電磁波傳播原理，對(duì)所接收電磁波的大氣衰減情況與不同頻率天電信號(hào)振幅情況來(lái)判斷閃電定距。在雷擊跳閘相關(guān)性判斷方面，根據(jù)閃電地理位置與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)間隔距離，準(zhǔn)確評(píng)估雷擊事故對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)造成的影響，分析出現(xiàn)跳閘等相關(guān)性故障問(wèn)題的出現(xiàn)概率、所造成具體影響，以此來(lái)縮短排查時(shí)間。而在雷擊事故調(diào)度預(yù)防方面，將所獲取閃電地理位置、雷電回?fù)舸螖?shù)、相關(guān)性故障出現(xiàn)概率等信息反饋至調(diào)度人員，針對(duì)性下達(dá)各項(xiàng)調(diào)度指令，以此來(lái)預(yù)防雷電流打擊事故出現(xiàn)，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

近年來(lái)為滿足日益增長(zhǎng)的用電需求，電力企業(yè)逐漸加大電網(wǎng)工程的建設(shè)規(guī)模，對(duì)電力調(diào)度水平與效率提出了更高的要求。在這一工程背景下，在電力系統(tǒng)運(yùn)行期間將會(huì)持續(xù)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，如仍舊采取傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式將無(wú)法滿足實(shí)際的調(diào)度運(yùn)行需求，受到人為因素影響時(shí)常出現(xiàn)錯(cuò)誤操作問(wèn)題導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，無(wú)法為電力調(diào)度計(jì)劃的制定提供準(zhǔn)確的信息參照。因此，在電力調(diào)度運(yùn)行期間，需要應(yīng)用到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，在調(diào)度系統(tǒng)中構(gòu)建起配套的數(shù)據(jù)庫(kù)，將系統(tǒng)運(yùn)行期間所產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中，憑借信息化技術(shù)高超的數(shù)據(jù)分析計(jì)算能力輔助人工在短時(shí)間內(nèi)處理龐大數(shù)據(jù)流，幫助調(diào)度人員掌握電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)還具備自動(dòng)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)、自動(dòng)清零分類存儲(chǔ)等多項(xiàng)使用功能，例如，在調(diào)度人員操作錯(cuò)誤導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)信息丟失或文件損毀后，使用數(shù)據(jù)恢復(fù)功能可從數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入自動(dòng)備份的數(shù)據(jù)資料，避免對(duì)調(diào)度工作的開(kāi)展造成不利影響。

1.5 變電站自動(dòng)化技術(shù)

變電站自動(dòng)化技術(shù)是在通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展演變形成的一種綜合性自動(dòng)化控制技術(shù)，在變電站中設(shè)置一定種類與數(shù)量的信息傳感裝置，持續(xù)對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況進(jìn)行觀測(cè)感知，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)判斷變電站運(yùn)行工況，在滿足觸發(fā)條件后，基于程序運(yùn)行準(zhǔn)則，自動(dòng)下達(dá)相應(yīng)控制指令，完成對(duì)變電站全部設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制、協(xié)調(diào)的調(diào)度管理任務(wù)，替代了常規(guī)變電站二次設(shè)備的使用功能。與傳統(tǒng)變電站調(diào)度管理模式相比，對(duì)變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，既可以由自動(dòng)化控制系統(tǒng)替代人工完成大量的基礎(chǔ)性調(diào)度任務(wù)，逐步實(shí)現(xiàn)少人值守乃至無(wú)人值守目標(biāo)，實(shí)際工作量有所減少。同時(shí)，解決了信息傳輸滯后、調(diào)度指令下達(dá)不及時(shí)的問(wèn)題，在出現(xiàn)運(yùn)行故障與電力事故后，可以在短時(shí)間內(nèi)下達(dá)有效的處理措施，將受損程度控制在特定范圍內(nèi)[4]。

1.6 軟交換技術(shù)

在電網(wǎng)工程中軟交換技術(shù)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)呼叫控制、協(xié)議處理、遠(yuǎn)程計(jì)費(fèi)、認(rèn)證等調(diào)度控制功能，組合應(yīng)用其他IP技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)支持智能業(yè)務(wù)的調(diào)度系統(tǒng)，本質(zhì)上屬于一種分層體系結(jié)構(gòu)，由接入層、傳輸層、控制層、應(yīng)用層組成。其中，接入層負(fù)責(zé)將各類型終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)集成處理目的，再通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)將所下達(dá)調(diào)度指令傳輸至終端設(shè)備或目的地，如接入信令網(wǎng)關(guān)、智能終端、綜合接入設(shè)備等；傳輸層負(fù)責(zé)將電力系統(tǒng)運(yùn)行期間所采集的監(jiān)測(cè)信號(hào)與控制信息經(jīng)分組傳輸平臺(tái)傳遞至目的地，可將其視作為一種數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)；控制層負(fù)責(zé)提供呼叫控制功能，對(duì)接入層的業(yè)務(wù)及網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信控制；而應(yīng)用層負(fù)責(zé)向用戶提供多元化的調(diào)度使用功能。

此外，在電力調(diào)度運(yùn)行期間，軟交換技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景為構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測(cè)模型，這類模型具有高超的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與相關(guān)信息數(shù)據(jù)，在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確描述與網(wǎng)絡(luò)流量有關(guān)的統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)未來(lái)一段時(shí)間的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而判斷電力系統(tǒng)的未來(lái)流量走勢(shì)，緩解快速增長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)流量和電網(wǎng)資源分配間的矛盾[5]。

2 電力技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行中的智能化發(fā)展

2.1 電力技術(shù)智能化發(fā)展必要性

在電力系統(tǒng)傳統(tǒng)調(diào)度管理模式中，受到人為因素影響與技術(shù)水平限制，部分電力調(diào)度問(wèn)題無(wú)法得到準(zhǔn)確描述，進(jìn)而影響到電力調(diào)度計(jì)劃的可行性，難以取得理想的調(diào)度管理成果。電力技術(shù)的智能化發(fā)展，憑借技術(shù)高超數(shù)據(jù)處理性能、辨別效率高、不依賴物理機(jī)理的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將人工智能電力技術(shù)與常規(guī)電力調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行有效整合，可構(gòu)成一個(gè)高維時(shí)變非線性電力信息物理網(wǎng)絡(luò)，切實(shí)滿足現(xiàn)代電網(wǎng)工程的電力調(diào)度管理需求。

2.2 在電力系統(tǒng)調(diào)度預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)調(diào)度預(yù)測(cè)方面，人工智能電力技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景包括負(fù)荷預(yù)測(cè)、電價(jià)預(yù)測(cè)與新能源預(yù)測(cè)。以負(fù)荷預(yù)測(cè)為例，技術(shù)自動(dòng)采集電力系統(tǒng)運(yùn)行期間實(shí)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，在其基礎(chǔ)上構(gòu)建準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，在模型中采取強(qiáng)感知算法，憑借此類算法的數(shù)據(jù)映射以及特征挖掘優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)負(fù)荷、天氣條件、日期等因素間的相互影響關(guān)系，在模型中準(zhǔn)確描述電力系統(tǒng)負(fù)荷變化的不確定性，并根據(jù)已知信息資料與歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)電力系統(tǒng)在未來(lái)一段時(shí)間的負(fù)荷變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，負(fù)荷預(yù)測(cè)過(guò)程分為特征集構(gòu)建、映射模型訓(xùn)練、測(cè)試集驗(yàn)證三項(xiàng)步驟。

2.3 在電力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)故障診斷方面，由于人工智能電力技術(shù)有著深入學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)的技術(shù)特性，在故障診斷與處理期間，體現(xiàn)出無(wú)需人工參與特征提取、高效處理高維非線性數(shù)據(jù)和適用不同周期數(shù)據(jù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，故障診斷精度與效率得到顯著提升。例如，在特征提取環(huán)節(jié)，人工智能系統(tǒng)通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展圖像特征提取以及視覺(jué)理解操作。同時(shí)，也可選擇采取基于堆疊自編碼器的故障診斷方法，提前向堆疊自編碼器提供一定數(shù)量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，即可在電力系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，體現(xiàn)出高性能的故障診斷效果。然而，根據(jù)實(shí)際電力調(diào)度工作情況來(lái)看，由于現(xiàn)代電網(wǎng)工程具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征，受到實(shí)際樣本不均衡性、可解釋性差、特征選取不完備等因素影響，在采取人工智能電力技術(shù)開(kāi)展故障診斷作業(yè)時(shí)，面臨著模型構(gòu)建困難與無(wú)法準(zhǔn)確判斷設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的難題。針對(duì)于此，需要加大對(duì)人工智能電力技術(shù)的研究力度，重點(diǎn)強(qiáng)化技術(shù)的深度學(xué)習(xí)能力。

2.4 在電力系統(tǒng)穩(wěn)定評(píng)估中的應(yīng)用

在現(xiàn)代電網(wǎng)工程中，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系過(guò)于復(fù)雜，在電力系統(tǒng)穩(wěn)定評(píng)估期間，需要同時(shí)處理多元化信息，并對(duì)穩(wěn)定分析的時(shí)效性以及準(zhǔn)確性提出嚴(yán)格要求。對(duì)人工智能電力技術(shù)的應(yīng)用，采取深度卷積網(wǎng)絡(luò)、堆疊自編碼器、深度信念網(wǎng)絡(luò)等方式來(lái)提取特征量，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評(píng)估，從所采集龐大數(shù)據(jù)流中提取關(guān)鍵信息作為強(qiáng)化學(xué)習(xí)輸入量，以此來(lái)保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定評(píng)估結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性。

2.5 在電力系統(tǒng)控制優(yōu)化中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)控制優(yōu)化方面，人工智能電力技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景包括無(wú)功電壓控制和自動(dòng)電壓控制。其中在無(wú)功電壓控制環(huán)節(jié)，人工智能系統(tǒng)將在電網(wǎng)狀態(tài)以及動(dòng)作策略交換過(guò)程中進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，持續(xù)增強(qiáng)系統(tǒng)的大規(guī)模決策效率與環(huán)境感知能力，準(zhǔn)確描述離散無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備投切動(dòng)作，以及系統(tǒng)特征和所制定無(wú)功優(yōu)化策略的映射關(guān)系，從而下達(dá)準(zhǔn)確的無(wú)功電壓控制策略。而在自動(dòng)發(fā)電控制環(huán)節(jié)，通過(guò)應(yīng)用人工智能技術(shù)，構(gòu)建馬爾可夫模型來(lái)制定最優(yōu)控制策略，滿足在線優(yōu)化控制系統(tǒng)輸出的調(diào)度管理需。同時(shí)，憑借人工智能電力技術(shù)的深化學(xué)習(xí)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)特性，采取分散式多智能體算法，以此來(lái)解決大型電網(wǎng)工程的自動(dòng)發(fā)電控制功率動(dòng)態(tài)分布難題，進(jìn)而起到強(qiáng)化系統(tǒng)預(yù)測(cè)能力與認(rèn)知能力的效果。

綜上，為滿足現(xiàn)代電網(wǎng)工程的電力調(diào)度管理需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化互動(dòng)與精細(xì)化調(diào)度管理目標(biāo)，增強(qiáng)電力調(diào)度網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展能力。因此，電力企業(yè)需要持續(xù)拓展電力技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行方面的應(yīng)用場(chǎng)景，積極引進(jìn)以人工智能技術(shù)為首的現(xiàn)代化電力技術(shù)，構(gòu)建完善的電力技術(shù)應(yīng)用體系，以此推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的健康發(fā)展。