面向DSP的智能電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

王之龍

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司 南通供電公司，江蘇 南通 226000）

0 引 言

調(diào)度系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的中樞，是保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化水平最高的一環(huán)。調(diào)度與監(jiān)測(cè)平臺(tái)是1項(xiàng)系統(tǒng)工程，它由多種功能模塊組成。各模塊之間相互聯(lián)系、相互依存，具有各自的應(yīng)用系統(tǒng)和各自的職能，但是其目的一致，即實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

1 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)概述

近年來，隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)和管理需求越來越大，對(duì)調(diào)度系統(tǒng)的要求也越來越高。電力調(diào)度可以有效實(shí)現(xiàn)一體化的協(xié)調(diào)控制、一體化的調(diào)整、高效的流程管理、精細(xì)化的統(tǒng)籌規(guī)劃和信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，從而在智能電網(wǎng)中形成自動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化、分布式以及一體化的智能調(diào)度決策中心。智能調(diào)度系統(tǒng)指在電力公司實(shí)現(xiàn)調(diào)度計(jì)劃、建立模型、測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、決策、有效控制以及管理的全流程。智能電網(wǎng)的智能化調(diào)度將成為智能電網(wǎng)的重要特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、前瞻性、優(yōu)化性、柔性和高度敏感性[1]。

2 智能調(diào)度的優(yōu)勢(shì)分析

2.1 較強(qiáng)的可觀測(cè)性

遠(yuǎn)程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）、配電開關(guān)監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）等監(jiān)控設(shè)備雖在常規(guī)電網(wǎng)中安裝，但其安裝后無(wú)法實(shí)時(shí)掌握電網(wǎng)對(duì)面使用者的操作情況。而智能調(diào)度擁有先進(jìn)的智能測(cè)量系統(tǒng)，也就是數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，借助二測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)掌握電力的情況，從而準(zhǔn)確地估算出電網(wǎng)的運(yùn)行狀況。由此可以看出，智能調(diào)度系統(tǒng)具有很好的可測(cè)性。同時(shí)，它可以使智能電網(wǎng)調(diào)度中心準(zhǔn)確地控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

2.2 資源更加可控

在常規(guī)電網(wǎng)中，發(fā)電資源是控制能源的重要組成部分。近年來，由于各類可再生能源的大量涌入，使得分布式發(fā)電的應(yīng)用范圍越來越廣，許多發(fā)電環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生難以控制的問題。而在智能電網(wǎng)中，資源的控制范圍不斷擴(kuò)展。

2.3 運(yùn)行調(diào)控性更加靈活便利

在常規(guī)電力系統(tǒng)中，經(jīng)濟(jì)性、安全性、電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)的重要指標(biāo)和控制指標(biāo)。而智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)以其多樣化、復(fù)雜化的特點(diǎn)為主要的控制對(duì)象，既要滿足電力系統(tǒng)的要求，又要做到能源消耗的最小化，以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。因此，在運(yùn)行過程中，需要對(duì)電網(wǎng)的實(shí)際狀況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整[2]。

2.4 結(jié)構(gòu)功能的開放性更高

電能通過發(fā)電、傳輸、分配、用電等單向流實(shí)現(xiàn)，這是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的1種調(diào)節(jié)方式。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，也只是簡(jiǎn)單地部署了已有相同工作的軟件。但是，智能電力與傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)不同，它可以提供大量的分布式電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的控制。

3 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)體系的構(gòu)架

根據(jù)智能電網(wǎng)的基本特點(diǎn)和智能云平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用，提出了基于云的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)方案。該平臺(tái)采用了云計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)服務(wù)總線等技術(shù)，將分布式數(shù)據(jù)資源、電網(wǎng)自動(dòng)化等應(yīng)用于智能電網(wǎng)調(diào)度云計(jì)算監(jiān)測(cè)平臺(tái)中。為便于系統(tǒng)調(diào)度的管理者監(jiān)控各部分的操作，按需調(diào)整計(jì)劃，并特別設(shè)置了統(tǒng)一的監(jiān)控界面。云計(jì)算平臺(tái)是以分布式數(shù)據(jù)服務(wù)總線為基礎(chǔ)，它還包含了3個(gè)主要的功能部件，即動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡與資源分配系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)以及集成計(jì)算引擎。這些功能部件以分布的數(shù)據(jù)服務(wù)總線組成1個(gè)虛擬層，以完成對(duì)控制信息和數(shù)據(jù)信息的交換、傳輸以及整合，并對(duì)底層的硬件進(jìn)行統(tǒng)一的管理和配置，保證了不同應(yīng)用軟件安全穩(wěn)定的調(diào)用和存取[3]。

4 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施

4.1 調(diào)度數(shù)據(jù)集成化技術(shù)

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)綜合了各種數(shù)據(jù)后，可進(jìn)行故障診斷時(shí)，必須采用智能電網(wǎng)調(diào)度和事故處理的輔助決策。信息管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，其主要依據(jù)是IEC61970標(biāo)準(zhǔn)和可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（eXtensible Markup Language，XML）的自描述格式以及以松散耦合模式為基礎(chǔ)的XML信息交換。

4.2 智能調(diào)度控制技術(shù)

當(dāng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性不能得到保證時(shí)，必須對(duì)其敏感性進(jìn)行分析，以保證電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦出現(xiàn)意外，就需提前提醒，如果要調(diào)整機(jī)組端面上的過載問題，則應(yīng)適當(dāng)降低負(fù)載。

4.3 事故診斷與處理技術(shù)

事故的診斷和處理技術(shù)包括多個(gè)復(fù)雜的故障診斷技術(shù)、差錯(cuò)信息的冗余、對(duì)多目標(biāo)事故進(jìn)行修復(fù)。而多重故障診斷的關(guān)鍵是故障區(qū)，它利用組群技術(shù)將電網(wǎng)動(dòng)作信息、保護(hù)動(dòng)作信息和故障診斷信息結(jié)合起來，對(duì)以上的信息進(jìn)行了組合。

4.4 電網(wǎng)故障的實(shí)時(shí)診斷分析

與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嘟Y(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備異常變化、潮流、電壓突變等信息的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)獲取信息、保護(hù)動(dòng)作信息、潮流擾動(dòng)信息，利用網(wǎng)絡(luò)信息識(shí)別技術(shù)對(duì)人工操作、錯(cuò)誤信息擾動(dòng)等信息進(jìn)行篩選，將虛假信息剔除，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的故障診斷，進(jìn)而提高整體調(diào)度的安全性[4]。

4.5 科學(xué)的電網(wǎng)事故處理輔助決策

在電網(wǎng)調(diào)度中，充分利用智能監(jiān)測(cè)和防誤技術(shù)，可以加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的有效控制，減少各類突發(fā)事件的發(fā)生，并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的實(shí)際需要，通過優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度的輔助功能，保證故障診斷的準(zhǔn)確性，有效處理過潮流、過電壓因素，優(yōu)化智能化電網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)的服務(wù)功能。

4.6 完善電網(wǎng)調(diào)度中在線事故處理機(jī)制

通過可靠的智能監(jiān)測(cè)和防誤技術(shù)，可以為電力調(diào)度人員提供大量的軟件資源，幫助調(diào)度人員在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)各種類型的故障進(jìn)行最大限度的判斷，并在提高電力網(wǎng)絡(luò)的潮流控制能力的同時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的在線事故進(jìn)行有效處理。

5 電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)性能分析

5.1 回溯機(jī)制

在網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的安全回滾是1個(gè)非常重要的機(jī)制，可以幫助調(diào)度控制器發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的安全漏洞。在此基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的安全級(jí)別計(jì)算公式，對(duì)500 kV、220 kV網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分析。從跟蹤的結(jié)果可以看出，1個(gè)具體的實(shí)體節(jié)點(diǎn)是經(jīng)過500 kV或者220 kV的網(wǎng)絡(luò)。其中，在500 kV網(wǎng)絡(luò)中，存在危險(xiǎn)的實(shí)體結(jié)點(diǎn)可以采用數(shù)字安全等級(jí)的方法進(jìn)行識(shí)別。在220 kV電網(wǎng)中，需要判斷220 kV網(wǎng)絡(luò)中很多節(jié)點(diǎn)的安全性，不僅是因?yàn)?20 kV區(qū)域網(wǎng)的安全問題，還是因?yàn)?00 kV節(jié)點(diǎn)的電力供應(yīng)不足，這一跟蹤機(jī)制應(yīng)該能夠幫助調(diào)度員改進(jìn)系統(tǒng)的安全漏洞，保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

5.2 電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)包括采樣電路、微處理器、主控制模塊、功率測(cè)量芯片、顯示模塊以及通信模塊等。該系統(tǒng)充分發(fā)揮了電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)電流和電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能，采用電能測(cè)量芯片對(duì)電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)，并采用取樣電路將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)保存到監(jiān)測(cè)圖像中。在此基礎(chǔ)上，采用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）或通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）通信模塊，將采集到的電壓、電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警裝置會(huì)被設(shè)定在系統(tǒng)程式中。GPS/GPRS通信模塊完成定位、遠(yuǎn)程信息傳輸、短消息傳遞等一系列功能。

5.3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)配置

以RT21為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)具有訪問管理、環(huán)境監(jiān)控等多種功能，還可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，與D5000智能調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)接。應(yīng)用軟件模塊層的組成包括視頻監(jiān)控、訪問控制管理、環(huán)境監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警以及鏈路控制等。各模塊間無(wú)干擾，可獨(dú)立完成邏輯檢驗(yàn)及資料處理。在平臺(tái)模組層次上，提供了圖形、權(quán)限、安全、報(bào)告、界面管理以及歷史和實(shí)時(shí)的資料庫(kù)。它為應(yīng)用程序開發(fā)提供了1個(gè)一致、安全、易于操作的接口，能夠適應(yīng)不同的工作需求，而且可以通過腳本語(yǔ)言配置邏輯。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)對(duì)輔助系統(tǒng)進(jìn)行分析診斷，并與輔助系統(tǒng)配合，積極監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時(shí)，該系統(tǒng)將地理地圖與電力設(shè)備的主線路圖有機(jī)結(jié)合起來，使得該系統(tǒng)更加直觀、易于管理，可以適應(yīng)電網(wǎng)的生產(chǎn)和操作需求。

5.4 控制指令解析和傳輸測(cè)試

首先，在Web的監(jiān)視系統(tǒng)中，管理員選定要切斷電源的負(fù)荷1，按下“確認(rèn)”鍵，后臺(tái)的程序會(huì)按照主控界面的指示進(jìn)行一幀的控制。其次，通過套接點(diǎn)的輸入輸出（Input/Output，I/O）數(shù)據(jù)流向數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）傳輸控制幀。最后，通過控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，完成對(duì)負(fù)荷的控制，以確保電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。通過順槽監(jiān)測(cè)中心，可以遠(yuǎn)程控制運(yùn)煤機(jī)、破碎機(jī)和皮帶的信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)無(wú)人控制。通過順槽監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)收集、整理和匯總，能夠隨時(shí)觀察到設(shè)備的啟動(dòng)和停止，并對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行分析，了解設(shè)備的工作狀況。在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可通過查閱故障信息清單找出故障，快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地解決問題，縮短處理時(shí)間。

5.5 監(jiān)控視頻采集卡設(shè)計(jì)

在電力市場(chǎng)中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取是1個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備切換點(diǎn)、設(shè)備熱點(diǎn)附近設(shè)置照相機(jī)，通過遙控指揮中心傳輸監(jiān)測(cè)命令。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，視頻監(jiān)視可以捕捉到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中的特殊異常和位置，同時(shí)可以捕捉到網(wǎng)絡(luò)的異常情況。若網(wǎng)路監(jiān)視影像信號(hào)為電子信號(hào)，則須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號(hào)。利用城市信息模型（City Information Modeling，CIM），電腦有4個(gè)監(jiān)控顯示卡，每1個(gè)顯示卡能從4個(gè)不同的方向采集網(wǎng)路監(jiān)控資料，因此可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。在此基礎(chǔ)上，利用CIM模型對(duì)智能電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)，并對(duì)其采集電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。另外，針對(duì)監(jiān)控視頻采集卡的工作模式，對(duì)其進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。

6 智能調(diào)度的優(yōu)勢(shì)分析

6.1 較強(qiáng)的可觀測(cè)性

RTU、FTU等監(jiān)測(cè)裝置基于傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)立，其設(shè)置并不能使相關(guān)人員及時(shí)了解處于電力系統(tǒng)另一端用戶的實(shí)施運(yùn)行信息。智能調(diào)度則不同，它已經(jīng)具備了高級(jí)智能量測(cè)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，在這些系統(tǒng)和平臺(tái)的支撐下以及二測(cè)技術(shù)的幫助下，能夠及時(shí)了解用戶的用電信息，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了對(duì)全網(wǎng)需求側(cè)狀態(tài)的精確估計(jì)。

6.2 資源更加可控

發(fā)電資源是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的主要可控資源。近年來，隨著各種可再生能源的大規(guī)模接入，在分布式發(fā)電的廣泛應(yīng)用環(huán)境下，很多發(fā)電環(huán)節(jié)出現(xiàn)了不可控的問題。在智能電網(wǎng)中，可控的資源范圍得到擴(kuò)大，不再局限于發(fā)電資源，其中包含儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷、電力電子技術(shù)基礎(chǔ)上的可控輸電設(shè)備等資源。

6.3 運(yùn)行調(diào)控性更加靈活便利

經(jīng)濟(jì)性、安全性、電能的質(zhì)量是對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度衡量的主要目標(biāo)和控制目標(biāo)。但是，智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)則不同，它將多樣化、復(fù)雜化特征作為控制的主要目標(biāo)，電網(wǎng)在保證電力系統(tǒng)供電需求的同時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)能耗的最低排放，保證環(huán)保的效果。因此，電網(wǎng)在運(yùn)行中必須根據(jù)實(shí)際情況做出調(diào)整。

7 電力系統(tǒng)自動(dòng)化中DSP技術(shù)的具體應(yīng)用

電力系統(tǒng)自動(dòng)化中，數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Process，DSP）技術(shù)的具體應(yīng)用主要包括以下幾點(diǎn)。

（1）采集與測(cè)量。在將電力系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)有效結(jié)合后，可以將能量管理系統(tǒng)（Energy Management System，EMS）、SCADA、配電管理系統(tǒng)（Distribution Mangernent System，DMS）等融合在一起。SCADA可以實(shí)時(shí)分析頻譜，并對(duì)其進(jìn)行快速、精確的測(cè)量。同時(shí)，這種方法是電氣量測(cè)定的先決條件，并逐步建立起相應(yīng)的體系。

（2）質(zhì)量監(jiān)控。電能具有相應(yīng)的品質(zhì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，能夠根據(jù)其偏差是否在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)來判定頻率和電壓；在測(cè)量波形時(shí)，可以根據(jù)失真率是否超出規(guī)定的范圍來判定。如果沒有達(dá)到相關(guān)的要求，則會(huì)根據(jù)不同的條件，通過報(bào)警來控制設(shè)備的工作。同時(shí)，電網(wǎng)在大負(fù)荷投入、故障時(shí)，會(huì)有一段時(shí)間的電壓下陷，針對(duì)這種現(xiàn)象，有關(guān)部門要根據(jù)電壓下降的情況對(duì)故障進(jìn)行補(bǔ)償和修理。

（3）繼電保護(hù)。大規(guī)模應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)繼電器，可大大提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，促進(jìn)電網(wǎng)的長(zhǎng)期發(fā)展。

8 結(jié) 論

將智能電網(wǎng)技術(shù)引入到電力市場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，將有助于電力市場(chǎng)的迅速發(fā)展，并能迅速發(fā)現(xiàn)電力市場(chǎng)中的問題。同時(shí)，由于其具有較高的安全性和可靠性，因此將為我國(guó)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力的支撐。