智能電網與調度監(jiān)控技術發(fā)展

摘 要：近年來，伴隨著國家電網智能電網發(fā)展戰(zhàn)略的提出，原有的電力結構、電力設備以及調度監(jiān)控技術都在不斷發(fā)展，現有的調度監(jiān)控平臺已經難以滿足智能電網建設的要求，如何推動調度監(jiān)控技術的進步已經成為我國現代化電網建設中亟待解決的問題。文章主要闡述了智能電網的發(fā)展背景及其對輸電網、配電網、電力用戶的影響，研究了智能電網背景下的調度一體化模式，分析了數字化變電站的抗異常數據手段，重點探討了智能電網調度監(jiān)控平臺的設計與實現，以期為調度監(jiān)控技術的發(fā)展提供理論指導。

關鍵詞：智能電網；調度監(jiān)控技術；調控一體化模式

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0068-02

1 智能電網發(fā)展概況

1.1 智能電網的發(fā)展現狀

近年來，伴隨著我國電網對智能電網建設投入力度的不斷加大，智能電網建設的相關技術也在快速發(fā)展，我國原有的電網結構、電力設備以及調度監(jiān)控模式都在發(fā)生著巨大改變。根據我國制定的發(fā)展策略，傳統(tǒng)電網向智能電網的過渡主要分為三個階段來實現：

第一階段是基礎性、關鍵性、公用性技術的研究，國家電網在部分地區(qū)建立試點項目進行基礎技術實驗研究；

第二階段將加快特高壓電網和城鄉(xiāng)配電網的建設工作，逐步建成具備雙向互動服務功能的智能電網結構；

第三階段是全面發(fā)展階段，我國電網技術將達到世界先進水平，最終形成現代化的智能電網系統(tǒng)[1]。

1.2 智能電網的組成

國內外多數學者將智能電網分為四部分，即高級配電運行、高級測量體系、高級輸電運行、高級資產管理等，根據智能電網建設的實際情況差異，每個部分又出現諸多不同的系統(tǒng)。如智能數字變電站，通過信息化智能設備，完成信息采集、測量、控制、保護、計量等系統(tǒng)的自動化運行，是一種可靠、安全、穩(wěn)定的智能化電力設備。

而主動配電網則實現了配電網信息的全面集成與一體化管理，通過在各個部門之間建立信息共享平臺，最終實現信息的充分共享與自由訪問，從而為配電網高級分析與智能化應用奠定數據基礎。

1.3 智能電網的影響

隨著我國智能電網建設步伐的加快，原有的電網結構、電力設備、管理調度模式也在發(fā)生著巨大的變化，智能電網技術對輸電網、配電網以及電力用戶都產生了巨大的影響。

首先，智能電網技術的不斷進步也帶動著輸電網的發(fā)展，超高壓輸電技術、超導輸電技術、動態(tài)定額輸電技術逐步得到推廣，輸電系統(tǒng)的安全性與經濟性得到極大的提升，從而有效解決了我國地區(qū)電力能源分配不均的問題[2]。

其次，隨著智能電網技術的進步，電力市場的不斷發(fā)展也推動了配電網的變化，以小型發(fā)電系統(tǒng)為代表的分布式能源降低了環(huán)境成本與能源需求，儲能技術的引入則保障了配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，在智能電網信息技術的支持下，配電系統(tǒng)的可觀測性與可控性得到極大的提升。

另外，智能電網新技術也對電力用戶產生了巨大的影響，智能電表將為用戶提供更為詳細的用電信息，電動汽車與儲能電池成為智能電網的重要組成部分，分布式能源與需求側響應則把傳統(tǒng)的電能消費者向電力調度參與者轉變。

2 智能電網背景下的調度監(jiān)控

2.1 調控一體化模式

調控一體化模式是在智能電網發(fā)展背景下的一種調度監(jiān)控手段。在調控一體化模式下，調度系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)有機的結合為一個調控中心，調度人員向集控中心下達命令，而集控人員則對變電站設備進行監(jiān)視、遙控，然后由運行維護人員負責設備檢修與故障處理[3]。

在調控一體化模式下，電力系統(tǒng)的故障處理時間明顯縮短，電網調度的經濟性與可靠性則得到增強，而這也恰恰是智能電網背景下對調度監(jiān)控技術的新要求。

2.2 智能調度中的狀態(tài)估計

智能調度系統(tǒng)是智能電網調控體系的重要組成部分，智能調度技術直接關系到智能電網的運行與發(fā)展，對于配輸電系統(tǒng)的安全性與經濟性都有著重要意義。

而調度系統(tǒng)的狀態(tài)估計是根據電網系統(tǒng)的各類數據信息，對電網的運行狀態(tài)、未來趨勢、可能出現的狀況進行分析與預測，是安全預估、經濟分配、預防控制等高級控制系統(tǒng)的基礎[4]。根據上述闡釋可以發(fā)現，狀態(tài)估計是電網智能調度的基礎，借助準確、實時的狀態(tài)估計，智能電網系統(tǒng)能夠及時掌握運行狀態(tài)，并為電網運行制定長期規(guī)劃。

2.3 基于等效模型的電網動態(tài)過程狀態(tài)估計

智能電網調度監(jiān)控技術的另外一項內容是在線動態(tài)分析，而在電網擾動情況，電網動態(tài)過程狀態(tài)估計又是一項極為復雜的工作，當前電網系統(tǒng)的動態(tài)狀態(tài)估計多采用EKF算法，但在實際的應用過程中，該算法的預測精度仍然滿足系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性要求，可以考慮構建電網等效模型來進行動態(tài)分析。

電網等效模型可以理解為在電路中增加一個虛擬發(fā)電機內節(jié)點，從而在電網擾動前進行靜態(tài)狀態(tài)估計，而在電網擾動時則可以建立節(jié)點負荷以及發(fā)電機模型，最終得到電網擾動條件下的等效模型。

3 智能電網調度監(jiān)控平臺的設計

3.1 智能電網調度監(jiān)控平臺需求分析

要實現電網系統(tǒng)的智能化調度監(jiān)控，需要開發(fā)一種基礎性調度監(jiān)控平臺，為電力調度員提供各類調控信息服務。基于智能電網的調度監(jiān)控平臺需要滿足以下幾點要求：

一是建立開發(fā)環(huán)境，實現平臺與其他應用間的數據交換；

二是建立應用集成環(huán)境，形成橫向業(yè)務、縱向業(yè)務以及各類基礎信息的高效共享機制；

三是建立應用運行環(huán)境，以保障平臺的安全性與穩(wěn)定性；

四是建立應用維護環(huán)境，從而保證調度監(jiān)控功能的實現[5]。

3.2 智能電網調度監(jiān)控平臺的設計與實現

根據系統(tǒng)的功能需求，以模塊化設計作為基礎，智能電網調度監(jiān)控平臺的設計主要分為三個模塊進行，即實時監(jiān)控與分析模塊、調度計劃類模塊以及調度管理模塊，各個模塊又包含不同的功能設計，系統(tǒng)的總體框架圖如圖1所示。其中，實時監(jiān)控與分析模塊的功能結構包括系統(tǒng)管理、數據采集與數據交換、模型管理等系統(tǒng)[6]；調度計劃類模塊主要以模型管理與穩(wěn)定限額管理、運行預測、檢修計劃作為平臺支持功能，主要負責收集電網系統(tǒng)的安全性信息以及運行成本信息；調度管理類模塊的應用部分則包括生產運行、綜合分析與評估、信息展示與發(fā)布等。

3.3 智能電網調度監(jiān)控平臺測試

該智能電網調度監(jiān)控平臺支持各應用在不同態(tài)的畫面顯示，并可靈活切換的設計后；支持各類應用在同一套電網圖形上的信息顯示和功能使用；提供基于GIS的信息顯示手段，提供導航器功能；支持在任意工作站的任意監(jiān)視器的任一窗口上調用任何畫面。電網調度員經過實際的操作，最終給出以下幾點評價：系統(tǒng)的整體功能較為完善，滿足智能電網調控的可靠性與穩(wěn)定性要求，并且實現了調度監(jiān)控平臺的智能化實時監(jiān)視；調度監(jiān)控平臺能夠實現對各個用戶數據的查詢與修改，在數據處理與分析方面優(yōu)勢明顯；系統(tǒng)操作簡單，擴展性強，具有較好的發(fā)展前景。

4 結 語

近年來，隨著國家對智能電網建設投入力度的不斷加大，調度監(jiān)控技術也在快速進步與發(fā)展。從基本功能來看，智能電網的電能輸配功能仍然沒有改變，智能化改造一方面是對變電站、輸電網、配電網等設備的升級，另一方面則是調度監(jiān)控系統(tǒng)的智能化發(fā)展。在這樣的發(fā)展背景下，調控一體化管理模式開始在智能電網中得到應用，而基于等效模型的電網動態(tài)狀態(tài)估計等技術也成為智能電網調控系統(tǒng)的重要技術保障。

參考文獻：

[1] 姚建國，嚴勝，楊勝春，等.中國特色智能調度的實踐與展望[J].電力系 統(tǒng)自動化，2009，（17）.

[2] 許風茹.地級電網調控一體化運行管理模式研究[D].保定：華北電力大 學，2011.

[3] 杜貴和，王風.智能電網調度一體化設計與研究[J].電力系統(tǒng)保護與控 制，2010，（15）.

[4] 田峰，孫平，張士然.常規(guī)變電站數字化改造的模式研究[J].電力系統(tǒng)保 護與控制，2009，（19）.

[5] 尚金成.兼顧市場機制的主要節(jié)能發(fā)電調度模式比較研究[J].電網技 術，2008，（4）.

[6] 桑艷艷，鄭三立.省級變電站遙視系統(tǒng)的研究與實現[J].電力系統(tǒng)及其 自動化學報，2009，（1）.