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

宋博文

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司臨猗縣供電公司，山西 運(yùn)城 044000）

0 引 言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行必須緊密結(jié)合智能電網(wǎng)的運(yùn)行需求，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)。結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際情況，需要確保電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)化、科學(xué)化以及智能化特性。電網(wǎng)智能化水平直接影響到我國(guó)的電力使用效率，因此需要從經(jīng)濟(jì)、效益、速度及質(zhì)量等方面保障電網(wǎng)供電效率達(dá)到最高。

1 智能電網(wǎng)的特征分析

1.1 自愈性

自愈性指智能電網(wǎng)系統(tǒng)自身能修復(fù)一定的問(wèn)題。智能電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)受到自然因素或人為因素的影響，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。電網(wǎng)人員可給予一定的干預(yù)措施，保障電網(wǎng)系統(tǒng)能自動(dòng)處理存在問(wèn)題的元件，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行[1]。例如，部分局域網(wǎng)出現(xiàn)無(wú)法正常加載或運(yùn)行的問(wèn)題，可判定為是元件產(chǎn)生異常。智能電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)能系統(tǒng)化收集異常數(shù)據(jù)，并進(jìn)行反饋，使智能電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)降至最低，盡快恢復(fù)正常工作狀態(tài)[2]。

1.2 兼容性

兼容性指智能電網(wǎng)必須有理想的兼容優(yōu)勢(shì)，才能完成分布式電網(wǎng)和非電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行。智能電網(wǎng)通過(guò)利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源，滿(mǎn)足用戶(hù)的供應(yīng)需求，有效規(guī)避系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的沖突。

1.3 高穩(wěn)定性

高穩(wěn)定性是智能電網(wǎng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)做出對(duì)應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)更高效、便捷、精準(zhǔn)的供電，有效縮減供電成本[3]。

2 智能電網(wǎng)調(diào)度需求分析

2.1 實(shí)用性需求

實(shí)用性需求是電網(wǎng)安全調(diào)度的基本原則，需要保障智能電網(wǎng)決策水平和綜合調(diào)度業(yè)務(wù)的實(shí)用性，滿(mǎn)足更多指標(biāo)要求。電網(wǎng)的接入、退出、電能傳輸?shù)榷家哂袕椥裕@樣才能規(guī)避不可控故障對(duì)實(shí)體冗余造成的不良影響。通過(guò)智能控制技術(shù)、信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)保障電網(wǎng)的柔性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化運(yùn)行管理。我國(guó)原有的智能電網(wǎng)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上存在一定的缺陷，如設(shè)計(jì)不科學(xué)、實(shí)用性不強(qiáng)、電網(wǎng)體系設(shè)計(jì)過(guò)于分散[4]。

2.2 統(tǒng)一技術(shù)支持需求

結(jié)合調(diào)度中心的基本需求，建立獨(dú)立的處理系統(tǒng)，確保電網(wǎng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行。在調(diào)度中心的基本需求基礎(chǔ)上，需要建立相應(yīng)的處理系統(tǒng)，并調(diào)整各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行還要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)，以滿(mǎn)足協(xié)同發(fā)展、縱向發(fā)展、多級(jí)發(fā)展等需求。

2.3 規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化需求

規(guī)范化需求是智能電網(wǎng)調(diào)度的基礎(chǔ)，涉及定義清晰的數(shù)據(jù)交換格式和通信協(xié)議，以確保所有參與電網(wǎng)調(diào)度的設(shè)備和系統(tǒng)都能有效交互。規(guī)范化需求也體現(xiàn)在對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)和信息的標(biāo)準(zhǔn)化處理上，如電力交易數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、故障定位數(shù)據(jù)等。通過(guò)規(guī)范化的數(shù)據(jù)處理流程和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式，可以實(shí)現(xiàn)更高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，為電網(wǎng)調(diào)度提供決策支持。

標(biāo)準(zhǔn)化需求在智能電網(wǎng)調(diào)度中占據(jù)重要地位。通過(guò)制定和實(shí)施各種標(biāo)準(zhǔn)，可以統(tǒng)一和簡(jiǎn)化電網(wǎng)調(diào)度過(guò)程中的各種操作和步驟，降低其復(fù)雜性和不確定性。例如，對(duì)于風(fēng)能和太陽(yáng)能等新能源，制定并實(shí)施相應(yīng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以確保這些能源穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保地接入電網(wǎng)。此外，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)、需求響應(yīng)技術(shù)等制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，也能保證這些技術(shù)在智能電網(wǎng)調(diào)度中的可靠應(yīng)用。

2.4 實(shí)時(shí)仿真需求

在實(shí)時(shí)仿真需求中，制定在線調(diào)度方案和實(shí)施方針是電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的難題。由于電網(wǎng)規(guī)模、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，原有的調(diào)度方案不適應(yīng)智能電網(wǎng)新型運(yùn)轉(zhuǎn)。為提高電網(wǎng)調(diào)度水平，需要對(duì)已有的硬件、軟件資源進(jìn)行整合，建設(shè)高性能的平臺(tái)，完成在線仿真技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)控和多功能應(yīng)用[5]。

3 智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行分析

智能電網(wǎng)調(diào)度中心具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以保障電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性。以往對(duì)某一區(qū)域的用電進(jìn)行匹配時(shí)，需要通過(guò)特殊方法處理。而智能電網(wǎng)可以自動(dòng)控制供電量，降低輸電難度和成本。智能電網(wǎng)調(diào)度中心可以全面監(jiān)管電廠、發(fā)電站等，將電力系統(tǒng)的電壓、電流控制在理想范圍內(nèi)。在電網(wǎng)運(yùn)行中，需要合理配置調(diào)度功能，有針對(duì)性地解決問(wèn)題。根據(jù)區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)運(yùn)行情況，設(shè)置預(yù)期指標(biāo)，以確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和校準(zhǔn)。此外，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行的故障資料，了解整個(gè)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，方便電力調(diào)度部門(mén)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控和管制。

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

4.1 運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)

運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，通過(guò)實(shí)時(shí)、精確地監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的各種運(yùn)行參數(shù)，確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。以南方電網(wǎng)公司的一個(gè)智能電網(wǎng)示范項(xiàng)目為例，分析運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。

該項(xiàng)目覆蓋了一個(gè)大型城市區(qū)域，擁有數(shù)百萬(wàn)的電力用戶(hù)。為了保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，滿(mǎn)足用戶(hù)的用電需求，南方電網(wǎng)公司采用了先進(jìn)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過(guò)安裝在電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的傳感器和智能電表，實(shí)時(shí)采集電壓、電流、頻率以及功率因數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，每分鐘更新一次數(shù)據(jù)，確保對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的精確掌握。采用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，對(duì)采集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。通過(guò)設(shè)定的算法和模型，系統(tǒng)能夠迅速識(shí)別出電網(wǎng)中的異常情況和潛在風(fēng)險(xiǎn)。一旦檢測(cè)到異常，系統(tǒng)會(huì)立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，通知調(diào)度人員進(jìn)行處理。同時(shí)，通過(guò)高級(jí)診斷功能，系統(tǒng)還能輔助調(diào)度人員快速定位故障原因，提供初步的處置建議。通過(guò)調(diào)度中心的大屏幕和專(zhuān)用軟件，調(diào)度人員可以直觀地查看電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)鍵指標(biāo)以及報(bào)警信息，迅速制定決策，確保電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

該項(xiàng)目中，運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提高了電網(wǎng)的可靠性，降低了停電事故的發(fā)生率。根據(jù)南方電網(wǎng)公司發(fā)布的數(shù)據(jù)，引入運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)后，該區(qū)域的平均停電時(shí)間減少了30%，電力故障處置效率提高了20%，充分證明了運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的重要性和有效性。

4.2 短路電流控制技術(shù)

短路電流控制技術(shù)是智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)，能夠在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)快速、準(zhǔn)確地限制短路電流，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。該技術(shù)主要利用故障電流限制器（Fault Current Limiter，F(xiàn)CL）來(lái)實(shí)現(xiàn)限制效果。FCL 是一種電力電子設(shè)備，能夠在智能電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障的幾毫秒內(nèi)迅速增加阻抗，從而限制短路電流的幅度。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，F(xiàn)CL 的阻抗幾乎為零，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行造成任何影響。

以國(guó)家電網(wǎng)公司的某項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目采用了先進(jìn)的短路電流控制技術(shù)，將FCL 設(shè)備安裝在關(guān)鍵變電站和輸電線路上。這些設(shè)備通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中的電流和電壓，一旦檢測(cè)到短路故障，會(huì)迅速啟動(dòng)，將短路電流限制在安全范圍內(nèi)。根據(jù)該項(xiàng)目發(fā)布的數(shù)據(jù)，在采用短路電流控制技術(shù)前，電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流峰值曾達(dá)到40 kA，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備造成很大威脅。采用該技術(shù)后，在相同的短路條件下，短路電流峰值被成功限制在20 kA 以下，有效保護(hù)了電網(wǎng)設(shè)備。此外，在FCL 設(shè)備啟動(dòng)后，90%的短路故障能在100 ms內(nèi)得到有效控制，大大降低了設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)能夠連接智能化裝備和儀表控制設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)載體的推動(dòng)下形成點(diǎn)、線、面控制一體化的標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)信息控制、傳遞、交換等一系列流程中具有較強(qiáng)的綜合性，能夠根據(jù)目標(biāo)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況導(dǎo)出通信網(wǎng)絡(luò)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)智能電網(wǎng)存在的運(yùn)行異?；虿豢煽厝毕?，使智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)盡早發(fā)布調(diào)度任務(wù)，實(shí)現(xiàn)管控、監(jiān)督電網(wǎng)運(yùn)行的效果。

4.4 三維全景電網(wǎng)

智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一是三維全景電網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)利用先進(jìn)的三維可視化技術(shù)，整合和展示電網(wǎng)的各種信息，使調(diào)度員能夠更全面、直觀地了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和狀況。

三維全景電網(wǎng)技術(shù)需要利用電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如電力設(shè)備的參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及地理信息數(shù)據(jù)等，建立起電網(wǎng)的三維模型。該模型不僅包括電網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)，也包括電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率等。三維全景電網(wǎng)技術(shù)需要利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新和修正模型，通過(guò)數(shù)據(jù)接口獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其整合到三維模型中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和展示，有助于調(diào)度員及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中的異常問(wèn)題，并進(jìn)行快速的處理和應(yīng)對(duì)。調(diào)度員可以利用三維全景電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行潮流計(jì)算、短路分析等操作，以便更好地了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和性能。此外，該技術(shù)還可以提供操作模擬和預(yù)案功能，幫助調(diào)度員制定操作決策和應(yīng)急預(yù)案。

4.5 分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)

分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)主要用于管理和控制分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，以確保其安全、有效地并入電網(wǎng)并發(fā)揮最大的效益。

針對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，需要考慮太陽(yáng)能電池板、逆變器、儲(chǔ)能裝置等組成部分的特性，同時(shí)考慮分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的相互作用。利用分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制模型，可以預(yù)測(cè)和控制分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出及其在電網(wǎng)中的影響，幫助調(diào)度員更好地了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)具備并網(wǎng)和運(yùn)行控制功能，能夠控制分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行模式，管理分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的功率交換，優(yōu)化分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，確保分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)中的穩(wěn)定性和安全性。

智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)需要利用分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)的輸出結(jié)果優(yōu)化和控制電網(wǎng)的運(yùn)行。該技術(shù)可以幫助調(diào)度員更好地了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)和控制分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出，優(yōu)化電力調(diào)度和能源管理。

5 結(jié) 論

隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)電力行業(yè)快速發(fā)展，智能電網(wǎng)的建設(shè)和調(diào)度運(yùn)行需要不斷強(qiáng)化完善，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。調(diào)度運(yùn)行作為智能電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，目前存在較多待改進(jìn)的地方。電網(wǎng)調(diào)度人員需要不斷提升自身的創(chuàng)新意識(shí)，以提高電網(wǎng)調(diào)度水平。通過(guò)持續(xù)研究和探索電網(wǎng)調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)，可以有效優(yōu)化智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行體系，確保電網(wǎng)供電的高效穩(wěn)定。