電力調(diào)度運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動(dòng)匹配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文/張鋒　姜源　李渝　樊國(guó)偉　龐傳軍　印欣

隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益緊密，電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式復(fù)雜多變，給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)了很多問(wèn)題。研究不同運(yùn)行方式對(duì)于電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行具有重要意義。

斷面穩(wěn)定限額是電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的重要邊界條件。電力系統(tǒng)在不同的運(yùn)行方式下，斷面限額會(huì)發(fā)生相對(duì)應(yīng)的變化。特別是隨著大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組等清潔能源的集中接入，使得電網(wǎng)的運(yùn)行方式復(fù)雜多變，導(dǎo)致重要斷面的限額經(jīng)常隨著運(yùn)行方式的改變而變化，嚴(yán)重影響智能告警、發(fā)電計(jì)劃、安全校核等模塊的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。

在電網(wǎng)出現(xiàn)設(shè)備故障或切換運(yùn)行方式時(shí)，如何為調(diào)度人員提供準(zhǔn)確的越限告警并減少誤告，整體提高系統(tǒng)告警的準(zhǔn)確性成為急需解決的問(wèn)題。

調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)在制定發(fā)電計(jì)劃時(shí)需要自適應(yīng)的電網(wǎng)安全運(yùn)行約束，確保發(fā)電計(jì)劃的結(jié)果能夠有效地解除各種越限，確保發(fā)電計(jì)劃的可執(zhí)行性。日前、日內(nèi)和實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃模塊需要自適應(yīng)的電網(wǎng)運(yùn)行約束，確保在斷面穩(wěn)定約束的條件下以一定的優(yōu)化目標(biāo)生成發(fā)電計(jì)劃，減少阻塞等影響電網(wǎng)安全情況的發(fā)生。安全校核模塊需要各斷面準(zhǔn)確的限值，實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的量化安全校核，使得發(fā)電計(jì)劃、檢修計(jì)劃的安全校核結(jié)果更加準(zhǔn)確，以保證電網(wǎng)安全。

1　運(yùn)行方式與斷面限額管理研究現(xiàn)狀

圖1：運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動(dòng)匹配系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)前在關(guān)于調(diào)度操作開票、電力系統(tǒng)故障診斷、繼電保護(hù)整定計(jì)算等電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)方面已經(jīng)有了廣泛深入的研究，有關(guān)電網(wǎng)運(yùn)行方式自動(dòng)匹配及動(dòng)態(tài)限額調(diào)整類應(yīng)用軟件的研究較少，目前國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的應(yīng)用軟件開發(fā)當(dāng)中，趨向于以下幾類情況：

（1）突出運(yùn)行方式的管理智能，主要基于辦公自動(dòng)化領(lǐng)域的 MIS 管理的工作流的一種方法，即 MIS 的制作單位從運(yùn)行方式的管理方面做了一定的工作，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行方式業(yè)務(wù)作為調(diào)度業(yè)務(wù)整體流程的一個(gè)環(huán)節(jié)與其它環(huán)節(jié)銜接的數(shù)據(jù)流管理，忽略了方式編排的中間過(guò)程，實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)了方式編排的管理職能的自動(dòng)化，不具備運(yùn)行方式的輔助決策功能。

（2）以 SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）或WAMS（廣域測(cè)量系統(tǒng)）為基礎(chǔ)，開發(fā)出的一些應(yīng)用軟件。方式人員可以利用軟件提供的一些電力系統(tǒng)基礎(chǔ)計(jì)算的功能或一些離線的電力系統(tǒng)運(yùn)行分析功能從事方式編排活動(dòng)。但從應(yīng)用角度出發(fā)，這些應(yīng)用軟件往往不是針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式編排人員開發(fā)的。

（3）存在針對(duì)特定電網(wǎng)的關(guān)于運(yùn)行方式編制過(guò)程當(dāng)中的某個(gè)層面的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。這些軟件有了一定的輔助決策的功能，能起到一定的決策支持作用。該類軟件主要是針對(duì)運(yùn)行方式編制過(guò)程當(dāng)中的某些層面進(jìn)行開發(fā)的，整體表現(xiàn)出功能的可擴(kuò)展性、移植性較差，實(shí)用效果較弱。

國(guó)外文獻(xiàn)關(guān)于故障診斷、電網(wǎng)調(diào)度操作開票等方面的軟件系統(tǒng)研究較多，電網(wǎng)運(yùn)行方式自動(dòng)匹配的應(yīng)用軟件系統(tǒng)研究較少。

總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式編排類電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件方面的研究主要存在以下問(wèn)題：

（1）關(guān)于智能邏輯推理思想實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行方式匹配的基礎(chǔ)理論及算法方面的研究較少；

（2）當(dāng)前出現(xiàn)的涉及到運(yùn)行方式編排活動(dòng)的具有一定的輔助決策功能的應(yīng)用軟件的專業(yè)針對(duì)性不強(qiáng)，智能化的邏輯推理水平低，實(shí)用效果不理想；

（3）軟件功能的移植性差，復(fù)用水平低。整體上可歸納為該類軟件系統(tǒng)的研究當(dāng)中，從智能邏輯推理層面上提供輔助決策功能的研究少，專業(yè)針對(duì)性弱，軟件復(fù)用水平低。

2　運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動(dòng)匹配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1　系統(tǒng)總體思路

系統(tǒng)基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)，平臺(tái)為應(yīng)用提供統(tǒng)一的模型、數(shù)據(jù)、CASE、網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)界面、系統(tǒng)管理等服務(wù)。實(shí)時(shí)態(tài)運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額的自動(dòng)匹配主要是利用定義的運(yùn)行方式和斷面，以及不同運(yùn)行方式下的限值，實(shí)時(shí)根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備的遙信遙測(cè)值、設(shè)備工況以及電網(wǎng)模型具體的變化情況，完成對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式及相關(guān)限額解析。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，迅速生成新斷面、更新限值，發(fā)現(xiàn)越限時(shí)產(chǎn)生告警。未來(lái)態(tài)運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動(dòng)匹配根據(jù)設(shè)備檢修計(jì)劃或者預(yù)想事故，以電網(wǎng)典型方式為基礎(chǔ)進(jìn)行潮流分析計(jì)算確定未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)斷面的運(yùn)行方式及限值。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

2.2　實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下動(dòng)態(tài)限額調(diào)整

實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下動(dòng)態(tài)限額調(diào)整是利用已定義的運(yùn)行方式和斷面，以及不同運(yùn)行方式下的限值，實(shí)時(shí)根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備的遙信遙測(cè)值、設(shè)備工況以及電網(wǎng)模型具體的變化情況，完成對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式的自動(dòng)匹配及相關(guān)限額解析。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，迅速生成新斷面、更新限值，發(fā)現(xiàn)越限時(shí)產(chǎn)生告警。

為滿足運(yùn)行方式自動(dòng)匹配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源需求，數(shù)據(jù)管理模塊從智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)平臺(tái)、調(diào)度信息管理系統(tǒng)(OMS)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(EMS)等獲取各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)和格式轉(zhuǎn)換等處理，形成規(guī)范、統(tǒng)一的運(yùn)行方式自動(dòng)匹配數(shù)據(jù)源。

表1：斷面極限示例數(shù)據(jù)

圖2：實(shí)時(shí)匹配流程圖

系統(tǒng)計(jì)算分析所需的數(shù)據(jù)類型主要包括檢修上報(bào)數(shù)據(jù)、調(diào)度計(jì)劃數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)接口如下：

（1）從調(diào)度信息管理系統(tǒng)獲取上級(jí)調(diào)度部門下達(dá)的檢修計(jì)劃、各檢修工區(qū)上報(bào)的設(shè)備檢修任務(wù)等檢修申報(bào)數(shù)據(jù)；

（2）從檢修票管理系統(tǒng)獲取設(shè)備實(shí)際檢修時(shí)間、檢修進(jìn)度等檢修執(zhí)行反饋數(shù)據(jù)；

（3）從EMS系統(tǒng)獲取電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ汀?shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、斷面信息等。

上述來(lái)自不同軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)本身可能存在不良數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)遺漏等問(wèn)題，對(duì)運(yùn)行方式自動(dòng)匹配的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。因此，系統(tǒng)根據(jù)各類數(shù)據(jù)的傳輸存儲(chǔ)方式及其特點(diǎn)，結(jié)合長(zhǎng)期調(diào)度計(jì)劃運(yùn)行實(shí)際情況中各類數(shù)據(jù)值合理范圍的判斷，總結(jié)形成如下校驗(yàn)規(guī)則:

（1）機(jī)組可調(diào)范圍校驗(yàn)規(guī)則：最大可調(diào)出力要小于最大技術(shù)出力；最小可調(diào)出力要大于其最小技術(shù)出力；最大可調(diào)出力不小于最大技術(shù)出力與系統(tǒng)的乘積，一般設(shè)為0.5。

（2）設(shè)備檢修校驗(yàn)規(guī)則：設(shè)備的檢修起始時(shí)間要超前于檢修結(jié)束時(shí)間；設(shè)備檢修計(jì)劃時(shí)間跨度要在當(dāng)前計(jì)劃日期內(nèi)；同一設(shè)備不能存在多條檢修計(jì)劃并且時(shí)間跨度不能存在重疊。

校驗(yàn)不成功的少量數(shù)據(jù)由人工調(diào)整后進(jìn)行重新校驗(yàn)，直至全部數(shù)據(jù)均通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)。然后，通過(guò)數(shù)據(jù)解析和格式轉(zhuǎn)換，并對(duì)其中存在相同設(shè)備的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行基于設(shè)備名稱的匹配映射，整合形成以EMS電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)格式為基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)源。

圖3：未來(lái)態(tài)匹配流程圖

運(yùn)行方式自動(dòng)匹配系統(tǒng)的實(shí)時(shí)匹配運(yùn)算是每五分鐘進(jìn)行一次計(jì)算，如圖2所示，每次計(jì)算過(guò)程如下：

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，兩組瀝青混合料均表現(xiàn)出良好的水穩(wěn)定性。加入MY瀝青砂添加劑后，瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比增大，表明加入MY瀝青砂添加劑的瀝青混合料的抗水損害能力比未添加MY瀝青砂的瀝青混合料抗水損害能力高，進(jìn)一步說(shuō)明MY瀝青砂添加劑的摻入改善了瀝青路面的水穩(wěn)定性能。

（1）讀取斷面信息，包括斷面包含的設(shè)備等；

（2）讀取運(yùn)行方式，讀取每個(gè)斷面的所有運(yùn)行方式；

（3）運(yùn)行方式匹配，讀取實(shí)時(shí)電網(wǎng)模型的數(shù)據(jù)，根據(jù)斷面中設(shè)備在電網(wǎng)設(shè)備的遙信遙測(cè)值、設(shè)備工況等與斷面每個(gè)運(yùn)行方式的條件，進(jìn)行匹配；

（4）匹配完成，得到每個(gè)斷面當(dāng)前的運(yùn)行方式及限值；

（5）生成E格式文件，將所有斷面匹配完成的結(jié)果生成E格式文件；

（6）智能告警，向智能告警發(fā)送E文件。

2.1　考慮檢修和預(yù)想事故的限額自動(dòng)調(diào)整

考慮檢修和電網(wǎng)預(yù)想事故的限額自動(dòng)調(diào)整是根據(jù)設(shè)備檢修計(jì)劃或者預(yù)想事故，以電網(wǎng)運(yùn)行的典型方式為基礎(chǔ)進(jìn)行潮流分析計(jì)算確定未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行方式及限額，如圖3所示，計(jì)算過(guò)程如下：

（2）選擇檢修計(jì)劃，添加匹配運(yùn)算中需要考慮的檢修計(jì)劃；

（3）讀取斷面信息，包括斷面包含的設(shè)備等；

（4）讀取運(yùn)行方式，讀取每個(gè)斷面的所有運(yùn)行方式；

（5）運(yùn)行方式匹配，根據(jù)模擬的未來(lái)態(tài)電網(wǎng)模型的數(shù)據(jù)，進(jìn)行潮流計(jì)算；

（6）匹配完成，得到每個(gè)斷面當(dāng)前的運(yùn)行方式及限值；

（7）生成E格式文件，將所有斷面匹配完成的結(jié)果生成E格式文件；

（8）向發(fā)電計(jì)劃發(fā)送E文件，提供參考數(shù)據(jù)。

3　運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動(dòng)匹配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動(dòng)動(dòng)態(tài)匹配系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了正常方式、斷面潮流、設(shè)備斷開、機(jī)組開停、單主變運(yùn)行等多種運(yùn)行方式的定義和管理功能，并支持設(shè)備間的組合、斷面間的組合以及斷面混合組合等多種組合形式的斷面定義管理功能。

3.1　斷面管理

包括穩(wěn)定斷面的定義、修改、刪除功能。可以按照地區(qū)對(duì)穩(wěn)定斷面進(jìn)行分類。穩(wěn)定斷面可由設(shè)備組成，也可以由設(shè)備和其他已定義斷面共同組成，穩(wěn)定斷面定義中具備對(duì)象化的設(shè)備選擇功能，設(shè)備類型機(jī)組、變壓器、母線、開關(guān)、刀閘、線路等一次設(shè)備及穩(wěn)控裝置、安全自動(dòng)裝置等二次設(shè)備。所選設(shè)備與電網(wǎng)一二次設(shè)備庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。斷面屬性包括所屬設(shè)備、斷面方向和有功系數(shù)等。

斷面管理界面如圖4所示。

3.2　運(yùn)行方式管理

運(yùn)行方式管理支持同時(shí)定義管理多種運(yùn)行方式的條件，支持正常方式、檢修方式等電網(wǎng)運(yùn)行方式的電子化定義。如圖5所示，線路可以選擇的運(yùn)行方式包括正常方式、斷面潮流、線路斷開、電廠開停及單主變運(yùn)行。根據(jù)不同的要求，在電網(wǎng)運(yùn)行方式定義中，支持線路+主變等設(shè)備間的組合、斷面+斷面等斷面間的組合以及斷面+設(shè)備等斷面設(shè)備混合組合等多種組合形式。

每條運(yùn)行方式定義，可定義的極限包括靜穩(wěn)極限、穩(wěn)控投入夏季、穩(wěn)控投入冬季、穩(wěn)控退出夏季、穩(wěn)控退出冬季、冬季反向極限與夏季反向極限等，示例數(shù)據(jù)如表1所示。

3.3　穩(wěn)定限額和越限告警可視化展示

運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動(dòng)匹配系統(tǒng)提供斷面實(shí)時(shí)運(yùn)行方式匹配結(jié)果的展示功能，采用基于地理信息的可視化組件，為電網(wǎng)運(yùn)行方式和斷面限值的可視化展示提供方便快速的解決方案，能夠?qū)?dāng)前所有斷面的運(yùn)行方式及限值展示出來(lái)，并展示斷面的越限情況，實(shí)時(shí)將當(dāng)前越限斷面在網(wǎng)架接線圖中展示出來(lái)，如圖6所示。

3.4　數(shù)據(jù)接口

該系統(tǒng)需要獲取智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)平臺(tái)電網(wǎng)模型的QS文件，平臺(tái)將電網(wǎng)QS文件通過(guò)小郵件發(fā)送到指定的目錄下。系統(tǒng)定時(shí)掃描該目錄下QS文件是否存在，如果存在則開始實(shí)時(shí)匹配斷面運(yùn)行方式，匹配完成后刪除文件。支持運(yùn)行方式匹配結(jié)果導(dǎo)出功能，可以導(dǎo)出Word、PDF、E文本等多種格式。

系統(tǒng)按照一區(qū)智能告警的要求將匹配結(jié)果生成E格式文件，將匹配結(jié)果寫入智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)平臺(tái)中。將匹配的結(jié)果采用E格式文件的形式發(fā)送給發(fā)電計(jì)劃系統(tǒng)，發(fā)電計(jì)劃系統(tǒng)可解析E文件并使用匹配結(jié)果作為發(fā)電計(jì)劃編排的約束條件。項(xiàng)目建設(shè)的運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動(dòng)匹配系統(tǒng)已在新疆電網(wǎng)投入運(yùn)行并取得良好效果，有效地支撐了調(diào)度部門的工作。系統(tǒng)頁(yè)面響應(yīng)速度小于3秒，支持100名用戶的并發(fā)訪問(wèn)，系統(tǒng)的全年可用率不低于99.9%。

圖4：斷面管理界面

圖5：運(yùn)行方式管理界面

4　結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目的開展具有積極的科研價(jià)值和工程意義, 主要目標(biāo)是解決在電網(wǎng)運(yùn)行方式復(fù)雜多變的情況下，斷面穩(wěn)定限額不準(zhǔn)確的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)運(yùn)行方式的自動(dòng)匹配進(jìn)行斷面限額的自動(dòng)調(diào)整，提供智能告警依據(jù)和發(fā)電計(jì)劃編排約束條件，為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供理論儲(chǔ)備和技術(shù)保障。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，功能完善，使用方便，支持?jǐn)嗝婕斑\(yùn)行方式數(shù)據(jù)的電子化，完成運(yùn)行方式和斷面限額的自動(dòng)匹配，斷面越限通過(guò)可視化展示功能實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有很好的通用性，可廣泛應(yīng)用在其它電力調(diào)度中心智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中。

圖6：越限斷面可視化界面