智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)分析

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司 王錦橋 施金曉

1 智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的性能特點(diǎn)及智能電網(wǎng)調(diào)度的功能分析

智能電網(wǎng)通過(guò)各類傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行整理、分析獲取相應(yīng)的有效信息。通過(guò)這些信息能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便調(diào)度人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)、科學(xué)準(zhǔn)確作出決策。

1.1 智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的自愈性

智能電網(wǎng)是隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。其顯著特點(diǎn)之一就是具有強(qiáng)大的自愈性，保障安全穩(wěn)定的電力供應(yīng)。在智能電網(wǎng)中，以高級(jí)量測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)融入通訊技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)，獲取完整的電網(wǎng)運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。依據(jù)其構(gòu)建的電網(wǎng)運(yùn)行全景圖，調(diào)度人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的薄弱環(huán)節(jié)，消除當(dāng)前運(yùn)行方式中的各類潛在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)該技術(shù)能夠適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，當(dāng)發(fā)生故障后針對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜统绷髯兓M(jìn)行實(shí)時(shí)分析，為調(diào)度人員提供緊急狀態(tài)下的輔助決策和應(yīng)對(duì)預(yù)案，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度管理中的不足，提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行邊界。

1.2 智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的兼容性

在能源短缺、氣候變化等問(wèn)題日益凸顯的背景下，大力開發(fā)利用新能源成為人類的必然選擇。然而新能源的高比例并網(wǎng)給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶了一系列影響和挑戰(zhàn)。如因潮流反向?qū)е码妷?、頻率發(fā)生偏差的電能質(zhì)量問(wèn)題；因風(fēng)電、光電功率高度不確定性導(dǎo)致的負(fù)荷預(yù)測(cè)、調(diào)度管理難度增大的問(wèn)題；因電力電子元件的大量采用導(dǎo)致的諧波污染問(wèn)題。兼容性強(qiáng)是智能電網(wǎng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。智能電網(wǎng)可將風(fēng)電、水電、太陽(yáng)能發(fā)電、儲(chǔ)能等科學(xué)整合，消除各路電能相互封閉的“孤島”，促進(jìn)新能源消納，最大程度避免棄風(fēng)、棄光、棄水現(xiàn)象。在電網(wǎng)中存在功率缺額或功率盈余時(shí)，智能電網(wǎng)可削峰填谷、自動(dòng)響應(yīng)，使得潮流實(shí)現(xiàn)科學(xué)調(diào)配、合理分布。此外智能電網(wǎng)可消除諧波干擾帶來(lái)的危害，提高電能質(zhì)量和供電可靠性。

1.3 智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的交互性與資源優(yōu)化功能

所謂交互性是指電網(wǎng)與電力用戶間的互動(dòng)，交互性強(qiáng)是智能電網(wǎng)的一個(gè)顯著特征。在完全自動(dòng)化的智能電網(wǎng)中，用戶是電力系統(tǒng)必不可分的一部分，能夠保證從發(fā)電端到用戶端整個(gè)過(guò)程所有節(jié)點(diǎn)間信息流和能量流（電力潮流）的雙向流動(dòng)。對(duì)供電企業(yè)而言，可掌握用戶用電特征、完善負(fù)荷預(yù)測(cè)，制定節(jié)能經(jīng)濟(jì)的發(fā)輸電方案。對(duì)用戶而言，可參與電力分配和管理，根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)調(diào)整自己的消費(fèi)模式。在負(fù)荷緊張或事故條件下進(jìn)行需求響應(yīng)，平滑負(fù)荷曲線，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，并可保證自己的經(jīng)濟(jì)利益。這樣電網(wǎng)與用戶的交互響應(yīng)完善了電能分配，提高了用電效能，實(shí)現(xiàn)了電力資源優(yōu)化。此外智能電網(wǎng)可通過(guò)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，采用智能算法計(jì)算各發(fā)電單元的并網(wǎng)出力，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整實(shí)時(shí)調(diào)度方案，降低網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，達(dá)到電網(wǎng)運(yùn)行效率和社會(huì)效益的同步提高。

1.4 控制電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行

電網(wǎng)的控制運(yùn)行包括電廠的開停機(jī)及出力管理、變電站的監(jiān)視控制等。為確保電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行，必須加強(qiáng)上述所有環(huán)節(jié)的控制，保證系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)在合理區(qū)間。智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)能夠有效地控制電網(wǎng)運(yùn)行，為電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性提供保障。

1.5 選擇電網(wǎng)運(yùn)行方式

在電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行中存在許多調(diào)度決策問(wèn)題需要智能調(diào)度技術(shù)輔助。智能調(diào)度技術(shù)可為調(diào)度決策提供可靠的數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)生成最佳調(diào)整方案，為調(diào)度管理工作提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

1.6 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的通信

相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)的一個(gè)特點(diǎn)是具備發(fā)達(dá)的通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)能使調(diào)度管理部門實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，保證調(diào)度人員發(fā)出的指令能夠迅速傳遞到電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化和控制。

2 智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)分析

作為智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容，智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)是控制智能電網(wǎng)運(yùn)行的中樞神經(jīng)，是維系電能生產(chǎn)、輸送、分配的基礎(chǔ)，是保證電網(wǎng)可靠運(yùn)行和不斷發(fā)展的重要手段。

2.1 應(yīng)用服務(wù)技術(shù)

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)具有多種多樣的功能，但存在一定的重復(fù)和冗余，如何對(duì)這些分散的功能進(jìn)行集成融合是當(dāng)前的一大難題。在智能電網(wǎng)中，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采用面向服務(wù)架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）。SOA體系下的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)可將多種系統(tǒng)應(yīng)用封裝，電力調(diào)度部門可根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)用。同時(shí)還可配置其他調(diào)度功能模塊，滿足智能電網(wǎng)發(fā)展各階段對(duì)調(diào)度業(yè)務(wù)的需求。

此外，SOA體系下的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)可將傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的電網(wǎng)分析、培訓(xùn)仿真等模塊劃分出來(lái)，比如狀態(tài)估計(jì)、靈敏度計(jì)算、調(diào)度員潮流等。同時(shí)這些模塊可根據(jù)需求進(jìn)一步完善優(yōu)化，這是智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的另一顯著優(yōu)勢(shì)。目前智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已在許多地區(qū)電網(wǎng)中得到應(yīng)用，并在優(yōu)化電網(wǎng)系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)與主控計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)共享等方面發(fā)揮著重要作用。通過(guò)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視控制，在事故發(fā)生前生成告警，調(diào)度監(jiān)控人員可及時(shí)通知運(yùn)維人員消除缺陷，有效減少故障造成的損失。

2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)

在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中數(shù)據(jù)起著至關(guān)重要的作用，所有的調(diào)度決策都依賴于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析。傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)變換復(fù)雜、效率不高、可靠性低等問(wèn)題。智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)以SOA體系為基礎(chǔ)完成數(shù)據(jù)服務(wù)，并利用標(biāo)準(zhǔn)接口和數(shù)據(jù)注冊(cè)中心完成電網(wǎng)信息的展示與融合。此外該技術(shù)可對(duì)電網(wǎng)設(shè)備實(shí)施全生命周期管理，提高調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)還可應(yīng)用虛擬服務(wù)技術(shù)屏蔽數(shù)據(jù)的物理層信息，為調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的無(wú)差別訪問(wèn)帶來(lái)極大便利。值得關(guān)注的是，數(shù)據(jù)通信機(jī)制和數(shù)據(jù)服務(wù)間的融合，可實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度前置通信系統(tǒng)功能。該功能在簡(jiǎn)化運(yùn)維流程的同時(shí)可在線調(diào)閱和調(diào)整有關(guān)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)服務(wù)在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)性提供保障。

2.3 節(jié)能發(fā)電調(diào)度技術(shù)

電力系統(tǒng)的發(fā)電調(diào)度環(huán)節(jié)通常會(huì)存在大量能源浪費(fèi)，加之我國(guó)能源本身不夠充足，因此節(jié)能發(fā)電調(diào)度技術(shù)的研究與應(yīng)用具有重要意義。電網(wǎng)調(diào)度管理部門應(yīng)充分認(rèn)識(shí)節(jié)能發(fā)電的重要性和緊迫性，投入脫硫檢測(cè)、水調(diào)自動(dòng)化等關(guān)鍵性技術(shù)，有效避免資源浪費(fèi)。在節(jié)能發(fā)電調(diào)度技術(shù)中，一方面要整合、優(yōu)化傳統(tǒng)發(fā)電工程，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新減少發(fā)電中的能源損失，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)發(fā)電過(guò)程的集中管理和控制；另一方面利用節(jié)能電力調(diào)度技術(shù)有效消納各類可再生能源，減少化石能源比例，推動(dòng)電網(wǎng)清潔化、低碳化。

2.4 電網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

電力系統(tǒng)是典型的超高維、強(qiáng)非線性系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)不確定性，傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)基于局部信息的監(jiān)測(cè)控制方法，難以滿足電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中諸如振蕩抑制與控制、動(dòng)態(tài)安全防御等方面的要求。因此，基于廣域測(cè)量系統(tǒng)（Wide Area Measurement System，WAMS）的電網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中的重要組成部分，可為大電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制提供技術(shù)保障。一方面調(diào)度人員可在動(dòng)態(tài)監(jiān)控屏上對(duì)電力使用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效掌握各類電能使用數(shù)據(jù)；另一方面可通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目前電網(wǎng)運(yùn)行狀況的有效評(píng)價(jià)，為下一階段的調(diào)度決策提供依據(jù)，極大加強(qiáng)調(diào)度人員對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的管理和控制能力。

2.5 一體化調(diào)度管理技術(shù)

我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行遵循“統(tǒng)一調(diào)度，分級(jí)管理”原則，上下級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)庫(kù)、圖模資源等信息如何進(jìn)行異地和層級(jí)共享是一個(gè)重要課題，一體化調(diào)度管理技術(shù)是解決該問(wèn)題的重要手段。利用模型拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)圖模的“源端維護(hù)，全網(wǎng)共享”，提升數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)效率，減少自動(dòng)化運(yùn)維人員的工作量，保證數(shù)據(jù)系統(tǒng)的一致和穩(wěn)定。通過(guò)一體化調(diào)度平臺(tái)，以節(jié)能減排為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和所有并網(wǎng)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，優(yōu)化電能資源配置。此外還可整合擴(kuò)展其他應(yīng)用模塊，滿足智能電網(wǎng)調(diào)度縱向貫通的新型業(yè)務(wù)需求。

3 智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化在發(fā)展過(guò)程中將朝著智能化的方向不斷前進(jìn)。隨著未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，以智能型儀表、通信網(wǎng)絡(luò)、用戶戶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)等為主要組成部分的高級(jí)量測(cè)體系（AMI）將得到應(yīng)用，有效融合電力系統(tǒng)與負(fù)荷兩側(cè)的數(shù)據(jù)信息。未來(lái)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)將包括智能機(jī)器人、三維地理信息系統(tǒng)、智能輸電等眾多新技術(shù)，不同區(qū)域間的調(diào)度數(shù)據(jù)可以相互傳送并加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，消除信息阻塞。先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)可整合重復(fù)冗余的數(shù)據(jù)，并從數(shù)據(jù)庫(kù)中任意抓取所需信息構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)模型。智能電網(wǎng)將發(fā)電、輸電、配電以及用戶信息加以整合，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷互動(dòng)，滿足個(gè)性化用電需求，為用戶提供極大便利。對(duì)電網(wǎng)企業(yè)而言，可實(shí)時(shí)掌握客戶的用電需求、評(píng)估潛在的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式，保證電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

總之，在建設(shè)智能電網(wǎng)的過(guò)程中，調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)是不可缺少的一個(gè)重要組成部分。隨著電網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、新能源并網(wǎng)比例增加，大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)形成，許多新問(wèn)題、新挑戰(zhàn)將不斷涌現(xiàn)，調(diào)度人員在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行管理時(shí)，須充分重視智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，保障人們的用電需求，促進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷前進(jìn)奠定堅(jiān)實(shí)的電力能源基礎(chǔ)。