智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)新型應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

王晨 鄭旭錦

（國網(wǎng)天津市電力公司寶坻供電分公司 天津市 301800）

伴隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對電力使用需求越來越大，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要前提。電能具有一定的物理特性，不能夠大量儲存，而且在傳輸過程中容易受輸電線路的影響造成電力工業(yè)的特殊性，其生產(chǎn)、輸送、分配與使用都需在同一時間內(nèi)完成。而現(xiàn)如今隨著智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的提出和應(yīng)用為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供了可能。

1 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

現(xiàn)如今數(shù)字化、智能化已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，智能電網(wǎng)也應(yīng)運而生。電力系統(tǒng)的安全是國家安全的重要組成部分，因此需要有一個統(tǒng)一的電網(wǎng)、統(tǒng)一的調(diào)度通信方式，就能夠保證電網(wǎng)的安全運行，我國的電力系統(tǒng)在500 千伏以上，是一個統(tǒng)一的電網(wǎng)，城市中所用的電力是500 千伏電力逐漸讓電壓等級通過變電下來，整個的電網(wǎng)是否有一個很好的通信方式來保證電網(wǎng)的合理運行，也就是目前智能電網(wǎng)所需考慮的問題。

電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)是整個電網(wǎng)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，控制著電網(wǎng)運行的潮流控制、電力平衡、電壓平衡和頻率控制等一系列保障電網(wǎng)安全運行的重要指標(biāo)，是電網(wǎng)安全戰(zhàn)地前線。如遇臺風(fēng)、山洪等自然災(zāi)害，電網(wǎng)必然會受到影響出現(xiàn)問題，此時電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)能夠全部承擔(dān)，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。現(xiàn)如今隨著電力系統(tǒng)的逐漸擴大，電力系統(tǒng)調(diào)度等級也出現(xiàn)了變更，當(dāng)前省調(diào)、網(wǎng)調(diào)和國調(diào)的數(shù)據(jù)逐級匯集，從省調(diào)發(fā)送至網(wǎng)調(diào)，再從網(wǎng)調(diào)發(fā)送至國調(diào)，形成全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，逐級匯集的主要目的是為了實現(xiàn)全網(wǎng)分析，電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)流向圖如圖1 所示。

圖1

如果電網(wǎng)發(fā)生故障，智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)能夠第一時間對電網(wǎng)故障進行處理，確保電網(wǎng)正常運行，但調(diào)度控制系統(tǒng)在實際運行中仍然存在一些缺陷，比如需要有足夠的能源支持，將能源再轉(zhuǎn)化為電能，與此同時就會對電氣設(shè)備的質(zhì)量提出更高的要求，但是隨著近年來社會經(jīng)濟發(fā)展步伐不斷加快，我國能源出現(xiàn)了緊缺的現(xiàn)象，而此時智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)要想充分發(fā)揮出其作用就必須要考慮新能源的使用，目前人們對于電力使用需求日益增長，能源問題成為了考慮的重點。此外電網(wǎng)出現(xiàn)故障的因素有很多，尤其是遇到惡劣的自然天氣，這種不確定因素使得電網(wǎng)出現(xiàn)故障，對智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的運行帶來了一定影響。而且在運行過程中如果短路電流得不到及時控制，就會對電網(wǎng)調(diào)度產(chǎn)生影響，與此同時也會大大增加電網(wǎng)調(diào)度的管理成本[1]。除此之外對電網(wǎng)運行性能的量化評價不夠，無法實現(xiàn)多目標(biāo)的調(diào)整控制。

2 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)新型應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

2.1 分解協(xié)調(diào)模型

2.1.1 分解協(xié)調(diào)的內(nèi)涵

在過去的相關(guān)研究中認為要將電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)逐級匯集到最高一級的調(diào)度機構(gòu)才能形成全網(wǎng)分析，而如果電網(wǎng)規(guī)模較大時這樣的逐級匯集法就會導(dǎo)致匯集點的計算壓力過大，不能滿足分析要求。比如當(dāng)電網(wǎng)模型達到上萬個節(jié)點時，就會增加數(shù)值問題，此外伴隨著新能源電源開始逐漸接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)的逐級匯集變得更加困難。而分解協(xié)調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)在不逐級匯集的情況下進行全網(wǎng)分析計算，通過分解協(xié)調(diào)將一個大電網(wǎng)分成多個小電網(wǎng)，針對這些小電網(wǎng)進行逐一計算，再將最后的計算結(jié)果結(jié)合在一起，實現(xiàn)全網(wǎng)集中計算，通過分解協(xié)調(diào)的方法可大大減輕調(diào)度機構(gòu)的計算壓力，避免了計算數(shù)值出現(xiàn)的問題。

2.1.2 潮流計算

分解協(xié)調(diào)模型要基于電網(wǎng)的潮流計算，在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析中指的是電力系統(tǒng)的潮流分析計算，是電力系統(tǒng)三大計算中最基礎(chǔ)最重要的計算。在電力系統(tǒng)中各個節(jié)點的電壓和各條支路上的功率的穩(wěn)態(tài)分布被稱為潮流。為了電力系統(tǒng)更好的規(guī)劃運行，目標(biāo)就是安全經(jīng)濟和優(yōu)質(zhì)，想要達到安全經(jīng)濟和優(yōu)質(zhì)就要分析和評價潮流，潮流的經(jīng)濟性如何、安全性如何、質(zhì)量如何需要進一步評價，尤其是一個復(fù)雜的、大規(guī)模的電力系統(tǒng)對其進行潮流分析更是尤為重要[2]。在電力系統(tǒng)中計算最多的就是潮流，它是服務(wù)于規(guī)劃和運行。

潮流分析方法主要分為人工和計算機，現(xiàn)如今對于簡單的電力系統(tǒng)可通過人工分析，分析潮流的特性和內(nèi)在規(guī)律；對于復(fù)雜的大規(guī)模的電力系統(tǒng)潮流計算都要依靠計算機。潮流分析與電路原理分析的區(qū)別在于已知條件出現(xiàn)了變化，主要以復(fù)功率為特征，其次建模的物理基礎(chǔ)也出現(xiàn)了變化，再次是模型的改變，變成了非線性方程組，然后要確定算法（通常是數(shù)值算法）進行編程，再通過計算機求解。在求解過后要開始研究結(jié)果的規(guī)律和特殊性，因此潮流分布特征可服務(wù)于方法研究，可以獲得更符合物理對象的有效算法。

在潮流計算中最主要的是電壓降落的計算，如果一條遠距離的輸電線路在輸電過程中電壓降落到不可接受的程度是不被允許的，所以在潮流分析中首要計算的是電壓降落。電壓降落通常發(fā)生在天網(wǎng)上，以圖2 為例，已知U2、S2

圖2

在實際電力系統(tǒng)中電壓的角度不會拉開太大距離，或者在一條線路上電壓的降落不會太顯著，如果電壓降落特別顯著則證明系統(tǒng)設(shè)計有問題。

2.2 架構(gòu)設(shè)計（基于SOA)

2.2.1 智能電網(wǎng)調(diào)度體系與架構(gòu)

電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)作為整個電網(wǎng)的支桿，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有至關(guān)重要的作用，伴隨著人們對電力使用需求不斷增加，電力系統(tǒng)逐漸擴大，對其安全穩(wěn)定運行也提出了更高的要求。目前電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一體化協(xié)調(diào)控制，形成了一體化的智能調(diào)度體系。比如在電網(wǎng)調(diào)度中的新能源功率預(yù)測系統(tǒng)，能夠預(yù)測風(fēng)電廠和光伏電站短期和超短期的上網(wǎng)發(fā)電功率，與人工預(yù)測相比新能源功率預(yù)測系統(tǒng)基于發(fā)電功率歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合更加詳實精確的數(shù)值天氣預(yù)報信息，建立了精準(zhǔn)的預(yù)測模型，可以得出更加準(zhǔn)確的功率預(yù)測結(jié)果，正常情況下未來24 小時的預(yù)測精度超過85%，未來4 小時的精度預(yù)測超過90%，便于電網(wǎng)調(diào)度運行人員提前做好發(fā)電計劃的安排，更加合理的對電網(wǎng)進行調(diào)度，減少新能源發(fā)電的隨機性和波動性給電網(wǎng)運行帶來的影響。電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)是電網(wǎng)運行的決策者和指揮者，是電網(wǎng)不可或缺的組成部分，在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和電力平穩(wěn)供應(yīng)方面發(fā)揮著舉足輕重的作用[3]。近年來在電力行業(yè)中逐漸開展智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的研發(fā)建設(shè)，基本架構(gòu)主要包括調(diào)度管理、監(jiān)測預(yù)警和調(diào)度計劃等單元，在監(jiān)測預(yù)警方面主要針對電力系統(tǒng)的運行進行監(jiān)控和評估，在發(fā)生故障時能夠提前預(yù)警。在調(diào)度管理上主要是針對調(diào)度機構(gòu)的日常管理和資源維護。在調(diào)度計劃上針對不同的調(diào)度模式需求，實現(xiàn)計劃制定分布。

2.2.2 基于SOA 的新型應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

SOA 的中文名稱是面向服務(wù)架構(gòu)，它不是一項技術(shù)，也不是一項語言，它是一種如何設(shè)計項目，讓開發(fā)時更加有效率。準(zhǔn)確來說SOA 是一種思想，專門訪問數(shù)據(jù)庫的服務(wù)，所謂的面向服務(wù)架構(gòu)就是有一個專門提供服務(wù)的單元，其他所有單元都調(diào)用這個服務(wù)。SOA 能夠?qū)⒁粋€業(yè)務(wù)功能分解成一個個的獨立單元，再將這些小單元組合成一個大的邏輯單元，實現(xiàn)系統(tǒng)的體系化。在電力調(diào)度過程中所涉及的單元較多，比如省調(diào)、變電站、以及各個部門等等。這些個體有不同的職能，但是個體單元無法為整個調(diào)度過程提供全部服務(wù)，此時就處于較為分布的態(tài)勢，如果訪問量較大，系統(tǒng)的任務(wù)壓力就會增加，SOA 可以構(gòu)建出一套松耦合的軟件系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠靈活運用，基于SOA 的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計按照基本的生產(chǎn)單元劃分為省調(diào)、地調(diào)、中調(diào)、和網(wǎng)調(diào)，同時整合各生產(chǎn)單元的信息系統(tǒng)，比如大型發(fā)電廠、中小型發(fā)電廠、可再生能源等等信息系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)需要數(shù)據(jù)逐級集中，而且上級調(diào)度機構(gòu)的硬件要求較高，不能滿足系統(tǒng)的計算分析要求，不具備安全性和經(jīng)濟性，系統(tǒng)的分析計算不完全依靠于網(wǎng)絡(luò)。而基于SOA 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)新型應(yīng)用架構(gòu)彌補了傳統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)的缺陷，在成本與性能上具有一定優(yōu)勢。

2.3 效果分析

綜上所述可得出智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)新型應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計相比傳統(tǒng)的架構(gòu)應(yīng)用來講具有更多的優(yōu)勢，彌補了傳統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)存在的不足，基于分解協(xié)調(diào)和SOA 有幾項明顯的優(yōu)勢，首先是系統(tǒng)的計算分析不再需要電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)的逐級匯集，大大減輕了系統(tǒng)的計算負擔(dān)，通過建模的方式防止了電力規(guī)模過大產(chǎn)生的計算問題[4]。其次具有良好的經(jīng)濟型和安全性。但從目前來看要想實施分解協(xié)調(diào)計算就必須要調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)提供可靠的通信通道，傳統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)優(yōu)勢在于不需要依靠通信網(wǎng)絡(luò)，主要基于本地的實時數(shù)據(jù)，而新型應(yīng)用架構(gòu)完全依靠于通信網(wǎng)絡(luò)，如果通信通道出現(xiàn)中斷如何滿足應(yīng)用要求還需進一步研究。

3 結(jié)束語

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的主干，是確保電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行的前提，近年來由于電力系統(tǒng)的不斷擴大，電力企業(yè)逐漸開展了智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的研究建設(shè)，從傳統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)發(fā)展到新型的應(yīng)用架構(gòu)。本文對電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的重要性及數(shù)據(jù)流向開展了詳細說明，并對新型應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計進行了分析，基于分解協(xié)調(diào)和SOA 彌補了傳統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)所存在的不足，但在通信通道方面仍然存在問題需待進一步研究。