智能電網(wǎng)中電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)運用分析

國網(wǎng)和田供電公司 穆塔里甫.阿不拉 古麗素木.艾合買提托合提

本文以某公司承建縣域智能電網(wǎng)自動化調(diào)度系統(tǒng)作為分析案例。轄區(qū)總面積為1500km2，涉及整個縣域范圍內(nèi)的中低壓配電網(wǎng)供電區(qū)，電壓等級涵蓋了10（20）kV、0.4kV，包含縣區(qū)基建項目以及技術(shù)改造規(guī)劃設(shè)備改造項目。區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷為32.8MW，網(wǎng)供最大負(fù)荷為31.52MW?？h區(qū)內(nèi)部建有風(fēng)電站1座，穿境500kV 線路1條，220kV 線路1條，110kV 變電站2座，35kV 變電站7座，公用輸電線路共14條。為更好滿足縣區(qū)內(nèi)部生產(chǎn)生活發(fā)展要求，強化縣區(qū)電網(wǎng)服務(wù)水平，使電網(wǎng)負(fù)載情況得到及時有效地調(diào)節(jié)控制，技術(shù)人員應(yīng)針對性引進智能化電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)，實現(xiàn)調(diào)度控制的一體化、安全化與便捷化發(fā)展。

1 電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)應(yīng)用開發(fā)需求

在針對電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)進行應(yīng)用與開發(fā)前，需要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況針對功能開發(fā)需求進行綜合分析與判斷。

1.1 數(shù)據(jù)采集

智能電網(wǎng)在運行過程當(dāng)中，需要基于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息進行決策控制與調(diào)節(jié)，因此對于調(diào)度系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)據(jù)采集功能提出了一定要求[1]。在系統(tǒng)開發(fā)過程當(dāng)中，應(yīng)能夠基于多渠道實現(xiàn)與RTU 以及自動化系統(tǒng)的互聯(lián)互通，兼容CDT、Polling 等方式，符合CDT、IEC60870-5-101、DNP3.0等通信規(guī)約，支持全雙工方式通信，使數(shù)據(jù)的收發(fā)效率得到保障。與此同時，在智能電網(wǎng)調(diào)度過程當(dāng)中，還涉及不同類別以及不同形態(tài)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，其中涵蓋了遙測數(shù)據(jù)、遙信數(shù)據(jù)以及不斷變化的脈沖數(shù)據(jù)，因此采集模塊應(yīng)能夠?qū)Σ煌悇e的數(shù)據(jù)進行接收，同時能夠按需進行預(yù)處理，使數(shù)據(jù)信息能夠符合系統(tǒng)要求，強化數(shù)據(jù)應(yīng)用效果。

1.2 數(shù)據(jù)處理

首先是對于模擬量數(shù)據(jù)的處理，在調(diào)度系統(tǒng)的搭建過程當(dāng)中，用戶應(yīng)能夠按照實際需求針對調(diào)度限值進行實時切換，同時能夠針對模擬量極值進行實時監(jiān)控，并通過前端交互界面針對模擬量數(shù)據(jù)的波動情況進行全面分析，處理模塊還應(yīng)具備限值判斷功能，有效規(guī)避越限風(fēng)險。

其次是對于開關(guān)量等狀態(tài)量數(shù)據(jù)的處理，系統(tǒng)開發(fā)過程中應(yīng)引進極性處理、事故判斷、量值操作等相關(guān)功能，管理員應(yīng)能夠通過調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)對遙信狀態(tài)的有效調(diào)節(jié)，同時針對告警信號進行及時復(fù)位，使智能電網(wǎng)的調(diào)度控制體系更加完善。

最后是對于計劃值數(shù)據(jù)進行的處理工作，借助智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)不同周期的數(shù)據(jù)處理要求，并能夠以可視化圖表的方式將處理結(jié)果進行輸出，為電網(wǎng)調(diào)度管理與決策工作的開展提供進一步支持。

1.3 事件記錄

智能電網(wǎng)運行過程當(dāng)中，受到工況變化、環(huán)境影響、調(diào)度進程以及管理員操作等相關(guān)因素的影響，可能會出現(xiàn)一系列事件，其中涵蓋狀態(tài)量波動、模擬量越限、信號復(fù)位、數(shù)據(jù)傳輸、通信故障，等等[2]。因此，為進一步強化智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的運行效率，優(yōu)化其調(diào)度策略，系統(tǒng)還應(yīng)具備完善的事件記錄功能，以毫秒級精度，按照設(shè)備類別、工況流程、廠站名稱等方式針對事件進行分類記錄，同時為相關(guān)事件自動匹配索引信息，建立起智能電網(wǎng)歷史事件數(shù)據(jù)庫，使其能夠成為電網(wǎng)調(diào)度與管理工作的重要參考。

1.4 監(jiān)控報警

電網(wǎng)內(nèi)部一些設(shè)備可能會出現(xiàn)過載或越限等情況，為及時消除電網(wǎng)運行風(fēng)險以及運行隱患，提升電網(wǎng)運行效率，在調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)的同時，應(yīng)配備監(jiān)控報警功能，當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備運行過程當(dāng)中關(guān)鍵指標(biāo)超出閾值要求時，應(yīng)能夠由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時將報警信息通過廠站接線圖以及報警表進行共享，結(jié)合現(xiàn)場實際情況針對報警事件相關(guān)信息內(nèi)容進行歸檔，使用戶以及智能電網(wǎng)維保團隊，能夠借助監(jiān)控報警系統(tǒng)所反饋的相關(guān)數(shù)據(jù)與信息針對系統(tǒng)故障進行及時識別、定位與處理，有效減少電網(wǎng)運行故障所造成的影響，保障電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。

1.5 網(wǎng)絡(luò)通信

智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)在開發(fā)與設(shè)計過程當(dāng)中，還應(yīng)配備外部網(wǎng)絡(luò)通信功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)接收、系統(tǒng)互聯(lián)等相關(guān)功能要求，同時應(yīng)保障通信網(wǎng)絡(luò)的運行安全，避免惡意攻擊或安全漏洞對于電網(wǎng)內(nèi)部通信帶來的影響。

2 智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)應(yīng)用方案

為使智能電網(wǎng)內(nèi)部電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)得到更加合理地應(yīng)用，全面提升電網(wǎng)調(diào)度效率以及運行質(zhì)量，確保轄區(qū)內(nèi)部居民的正常用電，技術(shù)團隊?wèi)?yīng)分別基于軟件架構(gòu)，以及硬件架構(gòu)針對其技術(shù)方案進行分析。

2.1 軟件架構(gòu)設(shè)計

作為功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提，軟件架構(gòu)的設(shè)計工作對于智能環(huán)境下電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)度控制工作具有關(guān)鍵性作用。通常來說，按照設(shè)計需求、項目規(guī)模以及項目用途，電網(wǎng)調(diào)度軟件架構(gòu)當(dāng)中主要涵蓋了三個層級，其中包括操作系統(tǒng)、支撐平臺以及功能模塊等。

2.1.1 需要針對操作系統(tǒng)進行合理化選型

軟件架構(gòu)當(dāng)中，操作系統(tǒng)不僅能夠為軟件的開發(fā)提供平臺環(huán)境，同時能夠針對系統(tǒng)內(nèi)部資源進行合理調(diào)配與應(yīng)用，使軟件的運行效率以及負(fù)載能力得到顯著提升。現(xiàn)階段，智能電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域當(dāng)中常見的操作平臺包括Unix 系統(tǒng)以及Linux 系統(tǒng)兩種，其中Unix 系統(tǒng)較為簡潔，系統(tǒng)操作模式較為靈活便捷，功能較為健全，保密性能較好，而Linux 系統(tǒng)則具備較好的開放性與可移植性，同時能夠提供更加豐富的功能內(nèi)容，能夠更好地滿足電力調(diào)度工作當(dāng)中的軟件運行需求。技術(shù)人員可綜合考量項目特點，以及規(guī)劃要求對系統(tǒng)進行選型，保障調(diào)度軟件的正常運行。

2.1.2 需要針對支撐平臺進行搭設(shè)

智能電網(wǎng)內(nèi)部調(diào)度技術(shù)的應(yīng)用過程當(dāng)中，支撐平臺能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸以及權(quán)限管理等相關(guān)用途，是調(diào)度軟件架構(gòu)當(dāng)中的重要橋梁。平臺搭設(shè)過程當(dāng)中，應(yīng)選用TCP/IP 協(xié)議的分布式網(wǎng)絡(luò)體系作為支持，保障數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)接入的兼容性，同時應(yīng)當(dāng)具備標(biāo)準(zhǔn)化的程序接口，能夠支持不同形態(tài)的數(shù)據(jù)接入與管理要求。

為保障系統(tǒng)契合智能電網(wǎng)的服務(wù)特點，進一步提升數(shù)據(jù)處理效率，還應(yīng)當(dāng)引進CIM 模型針對系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)進行快速變換、校核與利用，使調(diào)度系統(tǒng)管理員能夠更加高效地對反饋信息以及反饋數(shù)據(jù)進行識別分析，提升數(shù)據(jù)瀏覽與應(yīng)用便捷性。模型計算公式為：

式中：Xα為被劃分區(qū)間，n 為分組數(shù)，Xα的區(qū)間數(shù)為N 組，將智能電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)模型當(dāng)中，能夠進一步明確變量之間的概率情況，進而更好地實現(xiàn)風(fēng)險評估與分析目標(biāo)。

此外，支撐平臺搭設(shè)過程當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注到人機交互界面的設(shè)計，團隊?wèi)?yīng)基于面向?qū)ο蟮募夹g(shù)要求針對交互界面進行開發(fā)，結(jié)合用戶特點和調(diào)度工作要求便捷開展圖形編輯，以及數(shù)據(jù)輸出等工作，使交互界面能夠進一步發(fā)揮信息橋梁以及控制平臺的相關(guān)作用。

2.1.3 需要針對系統(tǒng)功能應(yīng)用模塊進行規(guī)劃與建設(shè)

為滿足RTU 數(shù)據(jù)以及廠站數(shù)據(jù)的處理要求，實現(xiàn)監(jiān)管與控制功能的全面集成，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際針對SCADA 系統(tǒng)進行開發(fā)，同時針對拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)進行構(gòu)建，并提供完善的計算與編譯功能，支持對多態(tài)數(shù)據(jù)以及多來源數(shù)據(jù)信息的計算工作，使智能電網(wǎng)運行過程當(dāng)中的電壓、周波、電壓合格率、極值變化情況、負(fù)荷率、功率因素、電流有效值等關(guān)鍵指標(biāo)得到及時生成與反饋，有效避免了以往電網(wǎng)運行過程當(dāng)中低效的計算方法以及計算過程，使最終結(jié)果能夠得到合理運用。

例如，在針對線路某節(jié)點電壓進行計算的過程中，可遵循以下公式：US=U1+PR-QX/U1，式中：US與U1分別為線路首末節(jié)點的電壓表現(xiàn)狀況，P 為該區(qū)段電網(wǎng)線路內(nèi)部的有功功率，Q 為區(qū)段內(nèi)部電網(wǎng)線路的無功功率。計算過程中可針對同一節(jié)點在不同線路當(dāng)中的表現(xiàn)進行分析與比對，保障計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 硬件架構(gòu)設(shè)計

智能電網(wǎng)背景下的電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)流程較為復(fù)雜，涉及的內(nèi)容較為豐富，對于信息處理以及數(shù)據(jù)運算工作的開展提出了一定要求。因此，技術(shù)團隊以及開發(fā)團隊需要借助高性能的硬件設(shè)備提供相應(yīng)支持，同時基于電網(wǎng)系統(tǒng)的基本運行要求與工況特點，還應(yīng)當(dāng)保障調(diào)度系統(tǒng)硬件架構(gòu)的穩(wěn)定性、兼容性以及安全性，因此在設(shè)計與規(guī)劃過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)做好冗余功能的配置，避免受環(huán)境因素以及運行工況要素的影響出現(xiàn)相關(guān)問題。另外，在硬件架構(gòu)設(shè)計與規(guī)劃前，相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況,以及電網(wǎng)布設(shè)方案針對硬件設(shè)備的性能指標(biāo)進行測試，保障運行工況與硬件設(shè)備之間的契合度。

在案例系統(tǒng)硬件架構(gòu)的設(shè)計過程當(dāng)中，選用了冗余以太網(wǎng)架構(gòu)，采用多層次網(wǎng)絡(luò)交換機作為相應(yīng)支持，其中網(wǎng)絡(luò)交換速率可結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度工作開展需求實現(xiàn)100M/1000M 自動切換，同時兼容SNMP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使交換機運行過程當(dāng)中的端口信息、流量波動情況等能夠得到及時回傳，使調(diào)度系統(tǒng)的監(jiān)控功能更加完善。系統(tǒng)架構(gòu)性能指標(biāo)如下：平均故障間隔時間≥17000h、運行壽命≥8年、備用節(jié)點切換時間≤20s、一次性維護周期≥4000h、遙信遙控準(zhǔn)確率100%。

與此同時，采用Unix 服務(wù)器作為數(shù)據(jù)存儲節(jié)點，并運用通道板、路由器以及終端服務(wù)器等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間的串行通信，在各廠站以及調(diào)度中心配置人機交互系統(tǒng)，使管理員能夠結(jié)合智能電網(wǎng)運行實際情況進行維護，并接受系統(tǒng)內(nèi)部自動化調(diào)度功能的相關(guān)信息反饋，初步實現(xiàn)智能化調(diào)度以及自動化調(diào)度的設(shè)計要求。

3 相關(guān)保障與支持措施

作為一項確保電力供應(yīng)穩(wěn)定高效的關(guān)鍵策略，在技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用過程當(dāng)中，相關(guān)開發(fā)團隊還應(yīng)當(dāng)關(guān)注到調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)保障性措施的配置與落實情況，使系統(tǒng)搭建過程能夠得到更加充分的技術(shù)支持。

3.1 一體化建模技術(shù)

在縣域智能電網(wǎng)的運行與調(diào)度工作當(dāng)中，涉及的電壓級別各有不同，對于調(diào)度信息的共享傳輸以及協(xié)調(diào)工作提出了一定挑戰(zhàn)。在以往電網(wǎng)調(diào)度工作開展過程中，需要依賴大量的人力進行數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合最終結(jié)果進行調(diào)度決策，工作效率較為低下，可能會對電網(wǎng)的運行造成一定影響。

因此，在智能電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)的規(guī)劃與設(shè)計內(nèi)部，應(yīng)針對不同層級與類別的供配電線路進行統(tǒng)一管理，結(jié)合轄區(qū)內(nèi)電網(wǎng)分布與服務(wù)現(xiàn)狀構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停謩e基于CIM/XML 格式信息數(shù)據(jù)，對不同電壓與工況下的電網(wǎng)線路負(fù)載運行情況進行調(diào)度與調(diào)整，使電網(wǎng)狀態(tài)能夠與區(qū)段業(yè)務(wù)需求相契合，一方面提升了數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用成效，另一方面還能使智能電網(wǎng)的調(diào)度方案得到進一步優(yōu)化，有效避免了過載風(fēng)險以及資源浪費。

3.2 饋線保護技術(shù)

作為電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中的關(guān)鍵性組件，饋線的運行狀況直接影響著整個智能電網(wǎng)的運行效率以及運行安全，因此在調(diào)度體系建設(shè)以及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用過程當(dāng)中，技術(shù)團隊以及開發(fā)團隊?wèi)?yīng)當(dāng)針對饋線保護技術(shù)進行積極運用，采用傳感器裝置針對饋線負(fù)載情況，以及溫度狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當(dāng)智能電網(wǎng)內(nèi)部饋線出現(xiàn)過壓、過載以及高溫運行等情況時，能夠基于調(diào)度中心針對電網(wǎng)負(fù)載進行及時優(yōu)化與合理調(diào)配，減少饋線故障的可能性，使輸配電設(shè)備的運行狀況得到進一步優(yōu)化。

3.3 GIS 分析技術(shù)

作為智能電網(wǎng)運行過程當(dāng)中的另一項關(guān)鍵性要素，電網(wǎng)配置過程當(dāng)中轄區(qū)內(nèi)的地理信息同樣具有關(guān)鍵性作用，因此在調(diào)度技術(shù)應(yīng)用以及系統(tǒng)搭建過程中，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)針對GIS 分析技術(shù)進行合理化應(yīng)用，使地理信息能夠成為電網(wǎng)調(diào)度與管理過程中的重要參考與依據(jù)，提升電網(wǎng)布局與調(diào)度科學(xué)性，為強化供電服務(wù)質(zhì)量提供全方位支持。

綜上所述，在現(xiàn)階段城鄉(xiāng)智能電網(wǎng)的運行過程當(dāng)中，依然存在著一定不足與問題。加強電網(wǎng)調(diào)度水平成為改善用戶用電體驗，降低電網(wǎng)運維成本的關(guān)鍵，相關(guān)技術(shù)團隊?wèi)?yīng)明確智能電網(wǎng)背景下電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的應(yīng)用要求以及落實進程，同時推動智能電網(wǎng)項目與自動化調(diào)度技術(shù)之間的相互融合，為促進電網(wǎng)的積極發(fā)展做出貢獻(xiàn)。