智能電網(wǎng)技術在電力調度自動化中的發(fā)展研究

蔣鵬

花垣縣供電有限責任公司 湖南 湘西 416400

引言

目前，我國已初步實現(xiàn)了電力泛在物聯(lián)網(wǎng)建設，不僅在電力工程建設與電力生產(chǎn)運營兩大部分全面推動了數(shù)字化管理，還通過對工業(yè)設計思想的運用創(chuàng)建了設計施工一體化實踐模式，形成了以“電力項目立項→策劃→設計→招投標→采購→施工→試運行→運維管理”為主要內容的標準流程[1]。同時，在電力生產(chǎn)運營過程中將電力用戶、電力配網(wǎng)系統(tǒng)、電力生產(chǎn)系統(tǒng)進行了密切關聯(lián)，在電力泛在物聯(lián)網(wǎng)框架下，全面擴大了電力調度自動化技術的應用范圍。在“雙循環(huán)”發(fā)展新格局下，為了促進電力行業(yè)的高質量發(fā)展，實現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置、電力大數(shù)據(jù)科學運用、電力產(chǎn)業(yè)升級等多重目標，在當前階段，需要持續(xù)增強對智能電網(wǎng)技術的應用，為其提供技術支持。因此，對該技術的特征與優(yōu)勢進行分析探討是非常必要的。

1 智能電網(wǎng)技術特征分析

近年來，電力調度自動化中對于智能電網(wǎng)技術的應用相對增多，此類技術包括傳感器技術、用電監(jiān)控技術、大數(shù)據(jù)技術、云計算技術、人工智能技術等。從當前實踐經(jīng)驗看，智能電網(wǎng)技術應用時，融合了信息技術、通信技術，正在朝著深度融合方向發(fā)展。通過對此類技術的應用經(jīng)驗總結發(fā)現(xiàn)，電力調度自動化中應用的智能電網(wǎng)技術特征，集中表現(xiàn)在兼容性好、自愈性高、安全性強、交互性優(yōu)勢大、性價比高等方面。分述如下[2]：①兼容性好。當前電力系統(tǒng)中應用的技術種類較多，包括輸配電自動化技術、自動變電技術、新能源技術等，每一種技術應用時牽涉到多種設備與裝置，由于智能電網(wǎng)技術兼容性較好，可以較好地滿足電力生產(chǎn)制造及運營中的移動客戶端與終端需求，促進電力供給側與需求側的供需均衡。②自愈性高。應用該技術后配套設置有自動診斷系統(tǒng)，可以針對故障進行監(jiān)測→預警→識別→隔離→分析→處理，能較好的滿足隔離、斷電、自動恢復、正常供電目標。③以安全性為例，當前使用的智能電網(wǎng)技術中，突出了電力大數(shù)據(jù)管理，除了在應用常規(guī)的網(wǎng)絡防火墻、安全隔離技術外，部分電力企業(yè)已設計了安全防護系統(tǒng)，應用了云安全防護技術，電力信息安全、運行安全得到了較好的保障。④交互性優(yōu)勢大。智能電網(wǎng)技術應用后，電力調度時的供給側與需求側形成了交互關系，打破了傳統(tǒng)時期以電力供給為主導的窠臼，將服務作為電力調度的核心功能，較好的促進了統(tǒng)一電力大市場建設，為按需供電、定制化生產(chǎn)、多元化電力營銷等奠定了基礎。⑤性價比高。智能電網(wǎng)技術在電力調度自動化中應用時，既包括了對電力資源的優(yōu)化配置，也能夠對電力系統(tǒng)運行中的風險進行精準評估。另外，當前增加了新能源接入、智能變電站、智能機器人、人工智能等技術與措施，促進了經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益的綜合產(chǎn)出，有利于推動整個電力行業(yè)向著集約型經(jīng)濟增長方式全面轉型。

2 智能電網(wǎng)技術在電力調度自動化中的應用需求

2.1 從市場競爭角度分析

新時代我國政府在頂層設計層面高屋建瓴地提出了總體經(jīng)濟理論，進入2020年后，通過對該理論的深化與闡發(fā)，創(chuàng)建了“雙循環(huán)”發(fā)展新格局，旨在推動國際市場與國內市場的多元并軌，促進電力統(tǒng)一大市場的構建。在這種發(fā)展態(tài)勢下，電力行業(yè)的競爭方向從原來的規(guī)模化競爭轉移到了質量體系管理標準競爭（實質上是定價權的競爭），以及供應鏈競爭。雖然我國電力行業(yè)在輸配電方面的優(yōu)勢已達到全球領先水平，但是在電力調度方面的優(yōu)勢相對較小。按照總體經(jīng)濟學理論中的生產(chǎn)要素配置理論，需要在高質量發(fā)展階段，擴大對智能電網(wǎng)技術的配置，以此提升產(chǎn)業(yè)鏈和供應鏈的安全性和競爭力。

2.2 從產(chǎn)業(yè)升級角度分析

20世紀30年代通過發(fā)展經(jīng)濟學將產(chǎn)業(yè)劃分成了農業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)，清晰界定了各行業(yè)諸領域所屬的產(chǎn)業(yè)。80年代發(fā)達國家、發(fā)展中國家，先后在國民經(jīng)濟發(fā)展中增強了對產(chǎn)業(yè)政策的應用。新時代我國實施了金融制度改革，調整了產(chǎn)業(yè)結構。進入“十四五”時期后，強調了高質量發(fā)展主題，要求進一步推動產(chǎn)業(yè)升級[3]。電力作為三大產(chǎn)業(yè)的主要能源，在當前電力統(tǒng)一市場建設之際，需要將電力大數(shù)據(jù)與產(chǎn)業(yè)升級結合起來，透過電力大數(shù)據(jù)的分析結果，有理有據(jù)的促進產(chǎn)業(yè)升級。從當前的實踐經(jīng)驗看，要在電力調度中實現(xiàn)對電力大數(shù)據(jù)的分析與應用，并將其擴展到對三大產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢的監(jiān)測、分析，以及結構調整，迫切需要在現(xiàn)有的電力泛在物聯(lián)網(wǎng)中，擴大對大數(shù)據(jù)技術的運用，并根據(jù)該技術應用需求，配套設置傳感器技術、用電監(jiān)控技術，建立電力調度數(shù)據(jù)管理中心。尤其在部分電力企業(yè)中，應根據(jù)大數(shù)據(jù)的增長情況，進一步對數(shù)據(jù)管理中心進行虛擬化處理等。

2.3 從能源危機角度分析

20世紀頭20年被稱為“危機時代”，其中能源危機占據(jù)榜首，并且在近年來隨著國際局勢的變化有明顯加劇。我國政府為了應對危機，已經(jīng)預先提出了“化危為機”的新思想。根據(jù)現(xiàn)階段的實踐情況看，與電力能源相關的新能源中，我國擴大了風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、地熱能發(fā)電、焚燒發(fā)電、水力發(fā)電、清潔燃料發(fā)電、核能發(fā)電等投資，并且使新能源電力獲得了空前發(fā)展。同時，在不同地區(qū)按照因地制宜的原則，建立了規(guī)模不等的新能源電力工程。在這種發(fā)展趨勢下，新能源電力勢必代替?zhèn)鹘y(tǒng)電力。例如，在光伏發(fā)電系統(tǒng)接入變電站時，牽涉到對建筑面積、光伏電池朝向、并網(wǎng)形式（離網(wǎng)型、并網(wǎng)型、混合型）以及太陽輻射量、環(huán)保型變壓器等各類數(shù)據(jù)的分析。尤其在并網(wǎng)后的用電量監(jiān)測、電力資源分配方面的需求越來越大。然而，在新能源電力工程建設、接入電網(wǎng)系統(tǒng)后的電力調度中，仍然存在一些技術瓶頸。由此可見，要想系統(tǒng)性的解決此類問題，需要增強對智能電網(wǎng)技術與電力自動化技術的融合，在理論研究深度層面、技術推廣廣度層面，以及指標化精度管理層面做出相應的創(chuàng)新。

3 智能電網(wǎng)技術在電力調度自動化中的應用分析

現(xiàn)階段，智能電網(wǎng)技術在電力調度自動化中的應用，集成化程度越來越高。從智能調度系統(tǒng)控制中心的建設及其應用經(jīng)驗看，當前應用的關鍵技術包括電網(wǎng)智能運行調度系統(tǒng)設計、大數(shù)據(jù)分析、節(jié)能降耗調度、在線仿真模擬、安全風險評價等。同時，在每一種關鍵技術應用時，均牽涉到對關聯(lián)技術的應用[4]。在當前“線上+線下”電力調度模式下，智能電網(wǎng)在電力調度自動化中的應用已經(jīng)呈現(xiàn)出多種技術聯(lián)合應用趨勢。下面結合筆者參與的松桃-花垣220kV輸電工程智能化安全評價為例做出說明。

首先，根據(jù)歷史資料、工程建設資料等文件，結合頭腦風暴法、德爾菲法列舉了進度、質量、技術、費用、安全、組織六大風險源[5]。

其次，根據(jù)風險發(fā)生概率評價量化與風險危害等級量化，結果如表1：

表1 風險發(fā)生概率評價與風險危害等級量化表

第三，組織工作人員對項目潛在風險進行研討，結果得到56項潛在風險。其中的風險點主要包括：①人身傷害風險；②火災與爆炸風險；③設備事故風險；④環(huán)境風險；⑤材料不合格風險。

第四，分解該項目風險評價指標，結果如表2：

表2 風險評價指標分解結果

第五，組織專家組，每組設置5人，進行排序決策。定義專家組集合為：

其中，e1-風險專家組給出的排序方案為B1＞B2＞B5＞B4；e2-施工專家組給出的排序方案為B5＞B1＞B2＞B3＞B4；e3-技術專家組給出的排序方案為B2＞B1＞B5＞B4，由于多風險S的有序關系確定，可以得到計算其中的權重比例標度后得到安全風險一級指標權重0.140,0.108,0.183）。調整后得到0.139,0.099）。按照同樣的方法，e2安全風險一級指標權重依次類推，得到安全風險、設備風險、材料不合格風險、環(huán)境風險、火災與爆炸風險二級指標權重。

第六，通過模糊綜合評價方法，定義模糊量化表，設評語集V={好，較好，一般，差}={100，85，70，50}。專家組對人身傷害見二級指標開展模糊綜合評價，對應設置{高，較高，一般，低}對應指標，根據(jù)調查結果，對機械傷害風險、起重傷害風險、觸電風險、中毒風險、墜落風險進行調查[6]。然后，選擇隸屬函數(shù)度矩陣對其進行分析。例如，機械傷害風險為“高”，得票為3，總票數(shù)為20，此時，可以得到隸屬度矩陣R值，表示如下：

結果表明，在該項目中，整體安全風險的權重向量 =（0.337, 0.249, 0.163, 0.127, 0.125），則項目整體安全風險的模糊綜合評價值為D=（D1, D2, D3, D4, D5）由此可見，該項目處理較低的安全風險水平。一方面風險控制較為均衡，另一方面應增強對二級指標的風險管控。由此制定了與該項目匹配的安全風險應急計劃流程，主要包括安全風險識別（特征）→安全風險責任分配（主體）→安全風險評價（量化）→安全風險應對措施（回避、轉移、接受）→預期安全風險自留（概率、影響程度）→安全風險應對預算（資金、時間）→安全風險應急計劃→安全風險反饋計劃→安全風險識別，整體上建立了“閉環(huán)式”安全風險管控方案，起到了較好的控制效果。

4 智能電網(wǎng)技術在電力調度自動化中的發(fā)展趨勢

4.1 智能電網(wǎng)運行調度一體化

智能電網(wǎng)技術與電力調度自動化技術之間的深度融合，已經(jīng)推動了智能電網(wǎng)運行調度的一體化發(fā)展。例如，在當前電力統(tǒng)一大市場下，部分地區(qū)的調度系統(tǒng)中設計了ESB智能調度系統(tǒng)服務支撐平臺。一方面理清了不同級別調度機構的智能化發(fā)展脈絡，形成了垂直調度管理[7]。另一方面則通過在業(yè)務方面的分析，使主站、廠站之間的管理實現(xiàn)了一體化發(fā)展。這樣做既有利于為電力統(tǒng)一大市場的建設積累經(jīng)驗，也有利于推動電網(wǎng)控制中心自動化系統(tǒng)基礎框架與功能規(guī)范方面的研發(fā)設計，促進智能電網(wǎng)的系統(tǒng)性規(guī)范與管理水平的提高。另外，將電力工程建設部分與電力項目運營統(tǒng)一到智能電網(wǎng)運行調度一體化架構下，有利于在此類項目建設階段做好數(shù)據(jù)采集與分析，為后續(xù)建立科學合理的電力調度和運維管理體系提供保障。

4.2 數(shù)據(jù)主導的全產(chǎn)業(yè)鏈調度

根據(jù)當前電力統(tǒng)一大市場的建設情況看，電力大數(shù)據(jù)主要來源于電力調度中心獲取的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的報表。無論是結構數(shù)據(jù)、半結構數(shù)據(jù)，還是非結構數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)形成了“一網(wǎng)打盡”之勢。因此，為了充分發(fā)揮電力統(tǒng)一大市場的優(yōu)勢，需要將電力大數(shù)據(jù)與產(chǎn)業(yè)升級關聯(lián)起來，根據(jù)“雙循環(huán)”發(fā)展格局下的競爭內容，科學的對三大產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢做出精準預判，并在此基礎上，為三大產(chǎn)業(yè)結構的調整與優(yōu)化，提供數(shù)據(jù)支持[8]。深入一步看，在任何一個產(chǎn)業(yè)中，應用電力大數(shù)據(jù)主導的方式開展全產(chǎn)業(yè)鏈的電力能源調度需求越來越明確。因此，在這種情況下，應該充分把握方向，盡可能對電力能源與產(chǎn)業(yè)升級之間的關系進行多元化解讀，借助對智能電網(wǎng)技術要素的聯(lián)合配置，推動電力能源的合理使用并加快我國產(chǎn)業(yè)向著高質量方向轉型升級。

4.3 大力發(fā)展節(jié)能降耗調度技術

我國在2018年確立生態(tài)文明思想后，進一步提出了構建人類命運共同體的新目標。傳統(tǒng)電力正在被新能源電力取代。為了適應電力能源的大轉型，應該大力發(fā)展節(jié)能降耗調度技術，使新能源能夠用得恰到好處。具體而言，可再生能源整體規(guī)模較大，但是在不同新能源電力之間的調度、新能源電力與傳統(tǒng)電力方面的調度經(jīng)驗相對較少。因而，十分需要結合節(jié)能降耗調度技術，在各電網(wǎng)轄區(qū)內進行能源分布情況的摸底調研，盡可能根據(jù)實際新能源電力、傳統(tǒng)電力占比及電力供給能力，開展多級別、多維度協(xié)調調度，盡可能提升節(jié)能降耗水平。

5 結束語

總之，電力調度是對電力系統(tǒng)運行的全面管理，在當前電力調動自動化實踐中，為了滿足電力行業(yè)高質量發(fā)展多重目標，需要擴大對智能電網(wǎng)技術資源的配置比例，并擴大其應用范圍。結合上述分析可以看出，當前智能電網(wǎng)技術在電力調度自動化中的發(fā)展表明，正在向著多元化、聯(lián)合化、復雜化方向轉移。因此，在新時期電力行業(yè)高質量發(fā)展階段，應充分推進智能電網(wǎng)技術在電力調度自動化中的應用，并結合提煉前期實踐經(jīng)驗與努力開拓創(chuàng)新的雙重路徑，為我國電力統(tǒng)一大市場的構建提供源源不斷的動力。