多維度協(xié)同機(jī)制在電網(wǎng)調(diào)度控制中的實(shí)踐

陳宏勝, 潘保材,鐘淘淘,楊渝璐

(國(guó)網(wǎng)重慶電力調(diào)度控制中心，重慶 400014)

0　引　言

隨著特高壓交直流電網(wǎng)的建設(shè)、電網(wǎng)互聯(lián)的推進(jìn)以及大規(guī)模新能源的并網(wǎng)，電網(wǎng)運(yùn)行一體化特征日益突出，具體表現(xiàn)為交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)耦合，直流送端與受端耦合。這就要求各級(jí)電網(wǎng)不僅要考慮別人對(duì)自身電網(wǎng)的影響，也要考慮自己對(duì)別人的影響。同時(shí)，電網(wǎng)相互干擾范圍更大[1]，電網(wǎng)局部故障影響全局化特征日益突出。任何一個(gè)局部故障都能波及到故障互聯(lián)部分，甚至影響整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行，例如，華東電網(wǎng)單回500 kV故障可能導(dǎo)致多回西南送華東的直流同時(shí)換相失敗。隨著調(diào)控一體化模式的運(yùn)轉(zhuǎn)上線，需要調(diào)度運(yùn)行人員能夠全面掌控電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)以及關(guān)鍵信息，快速感知電網(wǎng)運(yùn)行潛在風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)臺(tái)風(fēng)、雷暴等極端自然災(zāi)害引發(fā)的電網(wǎng)連鎖故障幾率顯著增大，對(duì)調(diào)度事故處理的快速性和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。同時(shí)，由于原有各調(diào)控系統(tǒng)較為零散、缺乏整體設(shè)計(jì)和規(guī)劃，應(yīng)用關(guān)聯(lián)性較弱，且人機(jī)交互簡(jiǎn)單，不能滿足對(duì)大電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行的支撐[2]，急需上下級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)、調(diào)度與監(jiān)控業(yè)務(wù)之間實(shí)現(xiàn)信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同和流程貫通，人機(jī)協(xié)同智能化，加強(qiáng)信息共享能力、協(xié)同處理能力，多維度協(xié)同管理整個(gè)電網(wǎng)。

1　多維度協(xié)同的重要性

1.1　上下級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)縱向協(xié)同

目前，全國(guó)電網(wǎng)實(shí)行分級(jí)調(diào)控模式，通過(guò)構(gòu)建上下級(jí)組織機(jī)構(gòu)，分解各級(jí)機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)量，同時(shí)以嚴(yán)格的律令來(lái)保證統(tǒng)一調(diào)控，確保電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但隨著特高壓交直流互聯(lián)大電網(wǎng)的建設(shè)，區(qū)域電網(wǎng)間耦合特性越來(lái)越顯著，單一設(shè)備故障引發(fā)大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)不斷增加。近年來(lái)的美加大停電以及歐洲大停電的調(diào)查結(jié)果表明，上下級(jí)機(jī)構(gòu)間缺少信息共享、無(wú)法同步感知同一電網(wǎng)的關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)、風(fēng)險(xiǎn)及事故信息，是導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大的重要因素。尤其是發(fā)生500 kV等高電壓等級(jí)事故時(shí)，事故將直接從500 kV電網(wǎng)縱向延伸至220 kV、110 kV電網(wǎng)，直達(dá)10 kV的配電網(wǎng)絡(luò)，造成大面積停電事故，多級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)協(xié)同將更加困難。在電網(wǎng)停電風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判時(shí)，上下級(jí)電網(wǎng)機(jī)構(gòu)各自為政，管理信息與運(yùn)行信息形成孤島，無(wú)法協(xié)同，當(dāng)上級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與下級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)疊加時(shí)，將形成更高等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)，從而造成事故時(shí)，目標(biāo)不一致，協(xié)同難度大，甚至采取上下級(jí)相矛盾的事故處理措施。因此，在目前分散的多級(jí)機(jī)構(gòu)協(xié)同管理統(tǒng)一電網(wǎng)的大背景下，需要共享上下級(jí)電網(wǎng)信息，上下級(jí)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)互動(dòng)和協(xié)同運(yùn)作，其中主要包括以下方面：(1)電網(wǎng)規(guī)劃環(huán)節(jié)，遠(yuǎn)、中、近期統(tǒng)一規(guī)劃電網(wǎng)運(yùn)行方式，保證各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展；(2)電網(wǎng)計(jì)劃環(huán)節(jié)，上下級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)設(shè)備停電計(jì)劃、發(fā)輸電計(jì)劃，避各自為政，降低大電網(wǎng)檢修風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)聯(lián)合預(yù)案編制流程，各級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)編制聯(lián)合事故預(yù)案，通過(guò)聯(lián)合仿真平臺(tái)，提高多級(jí)電網(wǎng)協(xié)同反事故能力；(3)故障應(yīng)急處置環(huán)節(jié)，各級(jí)電網(wǎng)信息共享，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)擾動(dòng)的一點(diǎn)告警、多點(diǎn)響應(yīng)，提升上下級(jí)機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的協(xié)同處理能力，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同和流程貫通，管理標(biāo)準(zhǔn)化，上下級(jí)調(diào)度協(xié)同管理大電網(wǎng)[3]。

上下級(jí)調(diào)度協(xié)同管理要求分級(jí)協(xié)同管理，上下級(jí)機(jī)構(gòu)既要獨(dú)立執(zhí)行自身生產(chǎn)任務(wù)，又要實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)配合、統(tǒng)一管理。這樣既可以保證電網(wǎng)各級(jí)機(jī)構(gòu)管理權(quán)利的相對(duì)獨(dú)立，又實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)的統(tǒng)一性，保證了上下級(jí)機(jī)構(gòu)協(xié)同管理電網(wǎng)的力度，充分發(fā)揮了上下級(jí)機(jī)構(gòu)高度協(xié)同配合能力，有利于上下級(jí)機(jī)構(gòu)依據(jù)職責(zé)范圍共享生產(chǎn)信息和協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

1.2　調(diào)度監(jiān)控業(yè)務(wù)橫向協(xié)同

調(diào)控一體化模式下，統(tǒng)籌電網(wǎng)調(diào)度和設(shè)備運(yùn)行業(yè)務(wù)，將原監(jiān)控業(yè)務(wù)納入調(diào)度統(tǒng)一管理。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障或發(fā)生異常情況時(shí)，設(shè)備故障或異常信息通過(guò)調(diào)控一體化支持系統(tǒng)及時(shí)展現(xiàn)在監(jiān)控人員面前，監(jiān)控人員能夠第一時(shí)間將電網(wǎng)運(yùn)行的全面、詳細(xì)情況匯報(bào)給調(diào)度人員掌握。相比傳統(tǒng)運(yùn)行模式，縮短了設(shè)備故障或異常信息收集時(shí)間，調(diào)度人員能夠迅速做出判斷，通知監(jiān)控人員遠(yuǎn)程完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遙控操作，縮短了設(shè)備操作時(shí)間，可第一時(shí)間將故障隔離，解除對(duì)人身和設(shè)備的進(jìn)一步威脅，恢復(fù)無(wú)故障區(qū)域的正常供電，實(shí)現(xiàn)了故障的快速發(fā)現(xiàn)、反應(yīng)和處理，縮短了處理鏈條，降低了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，減少了停電時(shí)間，降低了損失，提升了效益，體現(xiàn)出較高的優(yōu)越性。

在調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式、指揮電壓調(diào)整、計(jì)劃?rùn)z修停送電操作等業(yè)務(wù)中，調(diào)度監(jiān)控業(yè)務(wù)橫向協(xié)同還可以縮短業(yè)務(wù)流程，統(tǒng)籌掌握全局，合理利用人力資源，縮短設(shè)備停備時(shí)間，提高工作效率和電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。

1.3　技術(shù)支持系統(tǒng)及人機(jī)系統(tǒng)

電網(wǎng)智能技術(shù)支持系統(tǒng)對(duì)提升調(diào)度與監(jiān)控大電網(wǎng)的能力，保障電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與大范圍資源優(yōu)化配置的支撐作用愈發(fā)重要。以往各系統(tǒng)往往獨(dú)立建設(shè)，應(yīng)用關(guān)聯(lián)性較弱、人機(jī)交互簡(jiǎn)單，調(diào)控運(yùn)行中需要同時(shí)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視操作，增加了調(diào)控應(yīng)急處置的壓力，同時(shí)上下級(jí)系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，阻礙提升對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的整體感知能力以及運(yùn)行人員應(yīng)急處置效率，難以發(fā)揮對(duì)電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行的支撐作用，同時(shí)相似技術(shù)支持系統(tǒng)的簡(jiǎn)單重復(fù)建設(shè)，投資巨大。

隨著電網(wǎng)規(guī)范化技術(shù)管理的發(fā)展，協(xié)同信息共享模式被提出并逐步完善中[5]。建立適應(yīng)電網(wǎng)縱向和橫向一體化的電網(wǎng)智能技術(shù)支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)可以通過(guò)信息共享管理其下級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)的事務(wù)，上級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)可以實(shí)時(shí)查看下級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、報(bào)表等信息，并審核下級(jí)機(jī)構(gòu)的調(diào)控、計(jì)劃方案，但不干涉其管理方式，下級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)維護(hù)自身數(shù)據(jù)，按時(shí)上報(bào)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息并確保通信暢通，支撐特高壓大電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控業(yè)務(wù)的協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全局態(tài)勢(shì)感知及統(tǒng)一控制決策，推動(dòng)電網(wǎng)技術(shù)支撐體系向集約化方向轉(zhuǎn)變，支撐強(qiáng)互聯(lián)大電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行。

另外，通過(guò)統(tǒng)一規(guī)劃各級(jí)電網(wǎng)機(jī)構(gòu)、各專業(yè)在系統(tǒng)操作流程中的職責(zé)和流程，協(xié)調(diào)各級(jí)電網(wǎng)機(jī)構(gòu)、各專業(yè)以各自不同方式共同管理生產(chǎn)信息，以面向不同用戶實(shí)行差異化的訪問(wèn)控制為原則[6]，將技術(shù)支持系統(tǒng)涉及的大量業(yè)務(wù)功能模塊，以不同形式展現(xiàn)給各用戶，同時(shí)融入各級(jí)電網(wǎng)機(jī)構(gòu)、各專業(yè)的業(yè)務(wù)知識(shí)及使用習(xí)慣[7]，使得技術(shù)支持系統(tǒng)專業(yè)協(xié)作模塊化、人機(jī)協(xié)同智能化。

2　多維度協(xié)同在調(diào)控運(yùn)行中的實(shí)踐

2.1　多維度協(xié)同的具體實(shí)現(xiàn)手段

(1)事前環(huán)節(jié)，通過(guò)構(gòu)建全網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析模型，建立電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)35 kV及以上電壓等級(jí)全電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)的在線預(yù)警與實(shí)時(shí)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控一體化，指導(dǎo)各級(jí)調(diào)控人員及時(shí)采取措施，糾正增加電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的行為，協(xié)商解決風(fēng)險(xiǎn)疊加或突發(fā)事件帶來(lái)的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，將隱患消滅在萌芽狀態(tài)，解決電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)“各自分析、獨(dú)立發(fā)布”帶來(lái)的上下級(jí)、同級(jí)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)疊加問(wèn)題，大大提高事前風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

同時(shí)構(gòu)建全網(wǎng)一體化聯(lián)合仿真平臺(tái)，基于共享的全電網(wǎng)模型開(kāi)展演練，組織各級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)在同一平臺(tái)開(kāi)展調(diào)控事故應(yīng)急處置演練。將各級(jí)電網(wǎng)典型事故預(yù)案納入演練，在演練過(guò)程中，重點(diǎn)檢驗(yàn)各級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)在處置同一大型事故時(shí)，預(yù)案編制的規(guī)范性和處理同一事故的一致性，化解各級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)在處置大電網(wǎng)事故時(shí)，“流程不統(tǒng)一，目標(biāo)不一致，協(xié)同難度大”的矛盾。從事故處置的正確性、規(guī)范性、處置時(shí)間等方面量化評(píng)價(jià)各級(jí)調(diào)控人員的素質(zhì)與能力，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與事故處置做好人力資源保障，全面提升各級(jí)電網(wǎng)協(xié)同處置電網(wǎng)事故的能力。

(2)事中環(huán)節(jié)，構(gòu)建省地一體化智能操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)各級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)及變電站現(xiàn)場(chǎng)共享全網(wǎng)運(yùn)行大數(shù)據(jù)和操作信息，同步跟蹤運(yùn)行操作進(jìn)程，為有序開(kāi)展操作做好準(zhǔn)備。同時(shí)將上下級(jí)調(diào)度間運(yùn)行操作數(shù)據(jù)信息使用到防誤調(diào)度環(huán)節(jié)，將指令平臺(tái)數(shù)據(jù)信息作為防誤操作密鑰，將操作結(jié)果信息作為防跳項(xiàng)誤操作的邏輯判定，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)操作風(fēng)險(xiǎn)管控一體化、自動(dòng)化、在線化，極大地提高電網(wǎng)操作的安全性和安全管控水平。

故障應(yīng)急處置過(guò)程中，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)，將全網(wǎng)35 kV及以上電網(wǎng)模型與實(shí)時(shí)運(yùn)行信息在各級(jí)電網(wǎng)調(diào)控機(jī)構(gòu)展示，確保電網(wǎng)事故信息在同級(jí)及上下級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)間實(shí)時(shí)共享。電網(wǎng)發(fā)生故障以后，協(xié)同相鄰或上下級(jí)電網(wǎng)調(diào)整運(yùn)行方式，及時(shí)實(shí)施事故支援，避免停電事件，解決各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)在調(diào)度控制同一交流電網(wǎng)時(shí)存在決策不一致的問(wèn)題。

(3)事后環(huán)節(jié)，依托一體化模型與數(shù)據(jù)中心，橫向開(kāi)展大數(shù)據(jù)分析比對(duì)，開(kāi)展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)操作流程、電壓合格率、檢修管理成效、無(wú)票操作、繼電保護(hù)正確動(dòng)作率、監(jiān)控信息正確率等指標(biāo)的量化評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控各專業(yè)對(duì)下級(jí)調(diào)度的評(píng)價(jià)方式由定性評(píng)價(jià)向定量評(píng)價(jià)的轉(zhuǎn)變，并形成閉環(huán)，以此指導(dǎo)電網(wǎng)調(diào)控生產(chǎn)、管理及運(yùn)行優(yōu)化，持續(xù)改進(jìn)及提升電網(wǎng)安全性。

2.2　多維度協(xié)同在調(diào)控運(yùn)行中的實(shí)踐

多維度協(xié)同智能操作票系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)充分利用D5000平臺(tái)，將業(yè)務(wù)流程與調(diào)控操作各環(huán)節(jié)、各步驟緊密結(jié)合，通過(guò)對(duì)調(diào)控操作的工作流程建模，將調(diào)度指令票、監(jiān)控操作票、防誤校核與模擬預(yù)演、在線安全穩(wěn)定分析等應(yīng)用全過(guò)程統(tǒng)一管理及流程化實(shí)時(shí)在線管控，實(shí)現(xiàn)上下級(jí)調(diào)度、調(diào)度與監(jiān)控之間協(xié)同，壓縮遠(yuǎn)方操作管理層級(jí)，提高生產(chǎn)效率，提升安全管控水平。

圖1　多維度協(xié)同智能操作票系統(tǒng)

通過(guò)指令票與檢修停電申請(qǐng)綁定、上下級(jí)指令票協(xié)同關(guān)聯(lián)、電子預(yù)令票提前下達(dá)等方式實(shí)現(xiàn)調(diào)度操作數(shù)據(jù)的共享。在電話調(diào)度指令下達(dá)的同時(shí)，同步傳遞電子指令票信息，確保下令方與受令方均按照指令票信息發(fā)受指令。將上下級(jí)調(diào)度間運(yùn)行操作數(shù)據(jù)信息使用到防誤環(huán)節(jié)，化易出差錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)為相互監(jiān)督的管控環(huán)節(jié)，避免了信息的錯(cuò)誤傳遞導(dǎo)致的誤調(diào)度事故，有效確保了運(yùn)行操作內(nèi)容正確，調(diào)控操作行為準(zhǔn)確安全。操作前，自動(dòng)觸發(fā)邏輯公式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞勒`校核，驗(yàn)證調(diào)控操作正確性，同時(shí)進(jìn)行在線安全穩(wěn)定分析校核；操作后，將操作對(duì)象的遙測(cè)、遙信位置等信息同步反饋至操作平臺(tái)，自動(dòng)確認(rèn)本項(xiàng)操作完畢后，方能實(shí)施下一步操作，防范跳項(xiàng)誤操作事件的發(fā)生。同時(shí)監(jiān)控操作票根據(jù)調(diào)度指令智能生成，擺脫了人工干預(yù)，擬票效率大大提高的同時(shí)，避免了不按調(diào)度指令擬票、操作的事故發(fā)生以及誤遙控的可能[8-11]。

3　結(jié)論與展望

多維度協(xié)同機(jī)制下，各專業(yè)人員對(duì)電網(wǎng)協(xié)同控制能力大幅提高，縮短了電網(wǎng)事故處理流程，提高了電網(wǎng)運(yùn)行效率，提升了調(diào)控運(yùn)行精益化水平，增強(qiáng)了電網(wǎng)的供電可靠性，最大限度實(shí)現(xiàn)了大運(yùn)行體系建設(shè)“集約化、扁平化、專業(yè)化”的目標(biāo)。當(dāng)前已經(jīng)成熟應(yīng)用的市地AVC協(xié)同、外網(wǎng)等值及國(guó)分省協(xié)同潮流計(jì)算、全網(wǎng)一體化聯(lián)合仿真平臺(tái)、省地縣一體化智能操作票系統(tǒng)，都是多維度協(xié)同的很好范例，下一步的研究將考慮全網(wǎng)檢修計(jì)劃安排及風(fēng)險(xiǎn)管理、多級(jí)電網(wǎng)模型拼接及在線安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、大面積停電恢復(fù)與電網(wǎng)黑啟動(dòng)等多維度協(xié)同應(yīng)用。

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