地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)研究

彭自友，鐘蘇帆，潘大恩，王權(quán)林

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局，廣東 梅州 514000)

1 引言

智能電網(wǎng)建設(shè)過程中強調(diào)從“分級管理、分層控制”出發(fā)，設(shè)計系統(tǒng)性、層次型、智能化調(diào)控管理架構(gòu)。尤其是在調(diào)度控制過程中，必須按照南方電網(wǎng)公司出臺的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足調(diào)度計劃、調(diào)度管理、安全校核、監(jiān)控預(yù)警等需求，達到有力調(diào)控、高效監(jiān)管，從而提升智能電網(wǎng)的智能化、精益化水平?，F(xiàn)階段我國智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)還存在諸多不足，智能化、精益化水平低于同期先進國家，地區(qū)電網(wǎng)的系統(tǒng)應(yīng)用層面還不能適應(yīng)電力需求的不斷增加、運行方式的不斷復(fù)雜，電能質(zhì)量和可靠性要求的不斷提高等要求，不能適應(yīng)調(diào)監(jiān)控一體化的發(fā)展進程，亟待進一步深化研究和拓展。

2 地區(qū)智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計要求

2.1 基本要求

現(xiàn)階段地區(qū)電網(wǎng)架構(gòu)簡單，規(guī)模小、無高壓直流系統(tǒng)，配網(wǎng)供電線路長、電網(wǎng)拓撲相較省級電網(wǎng)變化快，其設(shè)備檢修計劃周期較短，往往需要借助智能控制實現(xiàn)高效監(jiān)測、靈活調(diào)配和智能管控。

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)是實現(xiàn)該功能的前提，利用調(diào)度控制系統(tǒng)可以達到經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保需求，通過EMS、SCADA、信息集成等將電力數(shù)據(jù)、管理指標(biāo)全面融合，按照市場環(huán)境和用戶需求實施動態(tài)調(diào)控，其基本要求見表1。

表1 智能電網(wǎng)調(diào)度控制的基本要求

上述系統(tǒng)可在自愈、兼容、交互、集成、協(xié)調(diào)等基礎(chǔ)上達到電力運行的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，以提升電網(wǎng)安全效益和經(jīng)濟效益。

2.2 發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)調(diào)度控制起源于21世紀(jì)中后期，主要針對電網(wǎng)運行中的有功、無功、潮流、電能等開展相應(yīng)補償和調(diào)整。在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行前提下，通過 AVC 應(yīng)用的部署，自動控制變電站主變檔位的升降、電容器的投切，減少人工操作次數(shù)，提高工作效率，提高電壓和功率因數(shù)合格率，并盡可能降低系統(tǒng)因不必要的無功潮流引起的有功損耗。

我國智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)研究起步較晚，但發(fā)展非常迅速，已經(jīng)升級到D5000架構(gòu)，實現(xiàn)了基于CTM/E、CIM/G標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)?；蚕砗驼?，達到了智能電網(wǎng)資源的全面協(xié)調(diào)，能夠有效處理電網(wǎng)運行過程中的潮流問題、功率問題、電能質(zhì)量問題等?，F(xiàn)階段，我國智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)SCADA基礎(chǔ)上融入廣域測量、MES能量管控，形成了契合智能電網(wǎng)動態(tài)柔性、可重組性、系統(tǒng)自愈、自恢復(fù)需求的高精尖調(diào)控體系。尤其是在面向服務(wù)架構(gòu)的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中，利用SOA理念構(gòu)建軟件即服務(wù)(softwareasaservice)和平臺即服務(wù)(platformasaservice)兩大應(yīng)用架構(gòu)，為我國電力調(diào)度提供了新思路和新方向，實現(xiàn)了我國智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的全面優(yōu)化。

3 系統(tǒng)設(shè)計的總體思路

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指標(biāo)，在空間、業(yè)務(wù)等多層面基礎(chǔ)上實現(xiàn)可靠分析和智能評估，保證靈活協(xié)調(diào)電網(wǎng)運行過程中的各項問題，達到電力調(diào)度的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、高效化，即：

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。我國大多地區(qū)電網(wǎng)規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡單、供電半徑過長等，一旦出現(xiàn)問題很容易造成大范圍、長時間斷電，需在運行控制和安全保護基礎(chǔ)上增強智能控制強度；

(2)運維管理。地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備計劃檢修周期短，運維管理工作量大，在周期和業(yè)務(wù)量上存在嚴(yán)重沖突，必須利用智能控制實現(xiàn)實時監(jiān)測和預(yù)警，提升數(shù)據(jù)分析和信息共享基礎(chǔ)上的協(xié)同管控成效；

(3)調(diào)度服務(wù)。地調(diào)調(diào)度員不參與電力市場調(diào)控和電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)，更多側(cè)重于計劃停送電的執(zhí)行、異常信號的監(jiān)控、電壓的調(diào)節(jié)，利用智能控制系統(tǒng)中的調(diào)度功能模塊可以直接為其提供有效信息，保證核心業(yè)務(wù)順利開展。

為此，某省某地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計時按照“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一組織、共同實施”的原則，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的科學(xué)統(tǒng)籌，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行控制、安全管理三方面形成了有效調(diào)整，如表2所示。

表2 某省某地區(qū)智能控制系統(tǒng)設(shè)計思路

4 系統(tǒng)設(shè)計的總體架構(gòu)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

某地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)主要包括電網(wǎng)運行監(jiān)視與告警、電網(wǎng)調(diào)度計劃、電網(wǎng)調(diào)度管理、安全校核四個模塊，在國家電網(wǎng)、省級電網(wǎng)及區(qū)域電網(wǎng)基礎(chǔ)上形成三級一體化系統(tǒng)架構(gòu)，其具體見圖1。

圖1 某省某地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)

4.2 結(jié)構(gòu)單元

(1)監(jiān)控預(yù)警功能模塊。該模塊設(shè)計時應(yīng)在輸電設(shè)備數(shù)據(jù)、用戶用電數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上形成實時監(jiān)測預(yù)警，利用穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、動態(tài)監(jiān)控、智能評估等快速確定電網(wǎng)的運行狀態(tài)，分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)潮流、靜態(tài)安全、輸電能力、外網(wǎng)等值等是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。一旦超過閾值，應(yīng)在智能告警基礎(chǔ)上配合就地保護，快速完成電壓、電流、潮流等控制，從而全面提升智能電網(wǎng)運行的安全效益和經(jīng)濟效益。

(2)調(diào)度計劃功能模塊。該模塊主要完成負荷分析、檢修計劃制定、考核計算等。設(shè)計過程中應(yīng)包括短期負荷分析、動態(tài)負荷分析、檢修計劃等，依照合同指標(biāo)及電能采集數(shù)據(jù)完成預(yù)評估分析和最終評估考核，完成相應(yīng)結(jié)算。

(3)調(diào)度管理功能模塊。調(diào)度管理工作應(yīng)在調(diào)度專業(yè)管理、生產(chǎn)運行管理、內(nèi)部綜合管理和電網(wǎng)綜合分析評估基礎(chǔ)上有效開展，即利用調(diào)度專業(yè)門戶網(wǎng)站、生產(chǎn)信息智能管理軟件基礎(chǔ)上形成管理系統(tǒng)，將工作計劃、生產(chǎn)調(diào)控等，實現(xiàn)基于智能數(shù)據(jù)模型的動態(tài)調(diào)控和運行評估，以保證調(diào)度管理措施的可靠性、針對性和高效性。

(4)安全校核功能模塊。該模塊設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)潮流分析、靈敏度分析、靜態(tài)分析、短路電流等確定靜態(tài)安全指標(biāo)；根據(jù)暫態(tài)分析、動態(tài)分析、電壓分析等確定穩(wěn)定性指標(biāo)。并在分析結(jié)果基礎(chǔ)上開展裕度校正，利用智能電網(wǎng)運行管理過程中的各項裝置，達到校核統(tǒng)籌、科學(xué)調(diào)控，以保證智能電網(wǎng)的經(jīng)濟性、安全性和穩(wěn)定性。

4.3 關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)上述功能單元，智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中應(yīng)把握好以下核心技術(shù)，即：

(1)合理運用信息和支撐關(guān)鍵技術(shù)，利用SCADA平臺和智能數(shù)據(jù)采集裝置(如載波電表、敏感元件等)全面采集用電裝置的各項信息，做好數(shù)據(jù)整合、統(tǒng)計分析和實時交互，為后續(xù)調(diào)度控制奠定可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(2)要在大電網(wǎng)運行監(jiān)控、安全預(yù)警和智能決策關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上做好安全管理的優(yōu)化和調(diào)整，利用歷史數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測結(jié)果等，快速評估和查找智能電網(wǎng)運行過程中的各項風(fēng)險，制定緊急事故應(yīng)急預(yù)案。

(3)運用OMS調(diào)度管理技術(shù)將采集到的信息實時共享，打破部門之間的壁壘，形成綜合信息管理和智能高效監(jiān)督體系。尤其是要利用好數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)業(yè)務(wù)之間自上而下的分解，保證OMS調(diào)度管理過程中各項工作能夠?qū)崟r交互，有序安排，高效完成。

(4)數(shù)據(jù)同步技術(shù)，實現(xiàn)主備調(diào)度自動化系統(tǒng)間模型圖形參數(shù)及數(shù)據(jù)的實時同步，即令主系統(tǒng)將已維護并確認后的模型、參數(shù)和圖形以增量方式立即傳輸至備用調(diào)度系統(tǒng)。實現(xiàn)“源端維護、雙端共享”。

(5)通過告警直傳與遠程調(diào)閱優(yōu)化海量數(shù)據(jù)。對隨著調(diào)控一體化的推進而出現(xiàn)的海量運行數(shù)據(jù)，通過告警直傳保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，再經(jīng)過規(guī)范化處理，生成標(biāo)準(zhǔn)的告警條文過濾干擾信號，同時通過調(diào)度員遠程瀏覽查看站端實時數(shù)據(jù)，避免信號漏監(jiān)視，實現(xiàn)“設(shè)備異常監(jiān)視準(zhǔn)、故障信號分析全、監(jiān)視數(shù)據(jù)采集少”。

(6)安全防誤功能。通過拓撲防誤校核、開關(guān)遙信與遙測雙確認校核等，從操作前防范、操作中校核、操作后驗證等方面進行全過程防控。

5 基于地區(qū)電網(wǎng)運行特點的關(guān)核心功能模塊

5.1 SCADA 功能模塊(D5000)

SCADA 功能模塊(監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集)可以實時監(jiān)測電網(wǎng)的信號狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，并可遙控和遙調(diào)調(diào)管范圍內(nèi)的所有廠站設(shè)備，其界面主要包括告警信號智能化展示、常用監(jiān)視信息集中展示、遠程遙控等，如圖2所示。

圖2 某省某地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)SCADA功能模塊

(1)告警信號智能化展示。由實時告警窗對告警信號進行分類，包括事故信號、異常信號、越限信號、告知信號等。并通過多樣化方式告警，如語音、文字、推圖、彈窗、警鈴報警等，其具體見圖3。

圖3 告警信號智能化展示程序

(2) 常用監(jiān)視信息的集中展示。按照地區(qū)電網(wǎng)運行中的關(guān)鍵參數(shù)及故障情況，某省地區(qū)電網(wǎng)常用監(jiān)視項主要包括主變設(shè)備過載、電壓越限、關(guān)鍵線路負荷、長期/臨時斷面、遙測不刷新站點、通道異常等，可直接根據(jù)功能模塊中上述數(shù)據(jù)生成的可視化圖表確定關(guān)鍵項異常狀況，開展對應(yīng)管控。

(3) 遠程遙控。設(shè)計過程中系統(tǒng)可實現(xiàn)廠站設(shè)備遙測量、開關(guān)和刀閘設(shè)備狀態(tài)量的實時顯示，并根據(jù)上述數(shù)據(jù)判斷地方電網(wǎng)運行狀態(tài)，配合調(diào)度信息實現(xiàn)開關(guān)、刀閘等一次性設(shè)備的遠方遙控、線路自動重合閘、遠方備自投功能軟壓板的自動遙調(diào)等。

5.2 調(diào)度計劃管理模塊(OMS)

OMS 是調(diào)度運行管理的基礎(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)辦公電子化，為整個系統(tǒng)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)范圍進行工業(yè)流程化以及操作規(guī)范化的服務(wù)與管理，并保證網(wǎng)、省、地三級調(diào)度機構(gòu)調(diào)度計劃的統(tǒng)一性與一致性，其運行流程如圖4所示。

圖4 調(diào)度計劃管理的開展

OMS一般需具備調(diào)度日常生產(chǎn)管理、操作票自動生成、生產(chǎn)日報自動生成與報送、生產(chǎn)信息綜合檢索與查詢、基礎(chǔ)信息傳遞與共享、檢修計劃剛性管理等功能，即：

(1)值班日志管理系統(tǒng)主要包括排班管理、值班日志管理、值班日志查詢、值班人員管理、交接班管理、交接班查詢管理等功能。

(2)操作票管理系統(tǒng)主要包括擬票管理、審票管理、預(yù)發(fā)令管理、操作單位回復(fù)管理、執(zhí)行管理、監(jiān)視管理、典型票管理、操作票查詢等管理等功能。同時，設(shè)備狀態(tài)、潮流分布等多種校核手段能夠貫穿于開票、審核、發(fā)令、執(zhí)行的全流程。

(3)調(diào)度運行管理包括檢修計劃管理、臨時檢修管理、中長期方式變更等。

5.3 調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)(DTS)

現(xiàn)階段調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)可以在模型構(gòu)建、虛擬仿真、數(shù)據(jù)分析等基礎(chǔ)上實現(xiàn)快速模擬和檢測，確定調(diào)度員培訓(xùn)狀況和多級聯(lián)合演習(xí)質(zhì)量，從而為地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度管理工作提供有效參考。上述功能在某省地區(qū)電網(wǎng)智能控制系統(tǒng)中已經(jīng)初步實現(xiàn)，但仍需進一步完善，詳見圖5。

圖5 調(diào)度員培訓(xùn)仿真界面

5.4 迎峰度夏管理模塊

迎峰度夏管理模塊設(shè)計的過程中需涵蓋：

(1) 負荷監(jiān)視功能，對重點設(shè)備(主變、線路)等進行實時監(jiān)測，當(dāng)設(shè)備負荷到達設(shè)定的告警時候提前發(fā)出告警，提醒調(diào)控員提前介入并為調(diào)度員潮流調(diào)控提供輔助決策。

(2) 負荷預(yù)測功能，通過對歷史曲線的擬合預(yù)測次日最高負荷。要求對歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲具備緩存機制，具備對歷史數(shù)據(jù)進行進一步的統(tǒng)計、分析和累計等處理，如數(shù)據(jù)化或圖形化展示各時段相應(yīng)數(shù)據(jù)的峰谷平負荷、最大/最小值及發(fā)生時間、平均值等典型數(shù)據(jù)。

6 總結(jié)

隨著智能電網(wǎng)調(diào)度控制研究的不斷深入，調(diào)度控制系統(tǒng)必將越來越智能、可靠、高效。在上述系統(tǒng)設(shè)計過程中，相關(guān)單位必須嚴(yán)格依照南方電網(wǎng)制定的調(diào)度控制指標(biāo)，利用SCADA、EMS、OMS等平臺軟件，做好面向服務(wù)的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化，實現(xiàn)電網(wǎng)運行監(jiān)視與告警、電網(wǎng)調(diào)度計劃、電網(wǎng)調(diào)度管理、安全校核功能的全面拓展，以保證智能電網(wǎng)調(diào)度控制與智能電網(wǎng)發(fā)展相協(xié)調(diào)。