基于智能電網的電力調度自動化與控制系統分析

高鵬飛

摘 要：隨著我國科技及電力企業的快速發展，智能電網的電力調度自動化程度不斷增強，并應用控制系統對電網運行實現自動控制，有效提高了電力企業的工作效率和供電的可靠性。因此，本文便對智能電網電力調度自動化與控制系統的軟硬件配置、相關設計及改進技術展開分析。

關鍵詞：智能電網;電力調度;自動化;控制系統

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0147-02

0引言

隨著信息化技術和人工智能技術的發展與應用，在多個領域中實現了“智能+”的自動化模式。其中，智能電網的電力調度便在現代化進程的推動下進一步完善建設，朝著自動化的方向深入發展，因此，要想進一步提高智能電網調度的自動化水平，還應完善控制系統設計并加強先進技術的應用。

1軟硬件配置分析

智能電網的電力調度自動化與控制系統主要是由三大部分構成的，分別為應用層、平臺層、操作層。智能電網的電力調度控制系統設計需采用質量高、性能好的軟硬件設備及計算機集群技術進行完善，促使該系統各個層面的功能作用可以實現自動化地互通配合，從而有效促進系統運行的可靠性。因此，在設計智能電網電力調度自動化與控制系統時，要先配備好相應的軟硬件裝置，為該系統的正常運行提供基礎保障。

1.1硬件配置

硬件設備的選用上，要根據電力企業的規模及建設需要選用性能好、質量佳、功能多、損耗小的設備，提高裝置的利用率。一是兩臺服務器，確保其均通過以太網和主網連接，其系統可選擇Unix系統以及內存大于2GB的CPU，以實現對電力調度相關數據的自動監控和處理。二是配置兩臺數據服務器對用戶數據、電力調度數據、相關資料報表等進行自動存儲。三是計算機網絡。在外網的設計上，利用路由器將其連接到本地，并設置防火墻，保障硬件設備的安全性。在內網的設計上借助冗余配置方式，這樣內外網共同負載分流來確保系統正常運行。四是根據存盤周期、測量點數等選擇內存大小合適的磁盤列陣，儲存所有的歷史數據。

1.2軟件配置

一是確保操作系統的安全實用性。如可選擇Linux、Unix或Windows等操作系統。二是應用軟件。選擇功能強且可滿足主站端系統運行需要的應用軟件，如SCADA軟件，并在統一平臺的界面和數據庫中操作，以加強數據采集、通信并實現共享。三是信息化數據庫設計，如可應用Oracle等商業數據庫，以便對發電、輸電、配電等電力調度過程中產生的海量數據及用戶信息進行統一地高效處理和管理，提高系統的自動化智能化水平。

2自動化與控制系統設計分析

智能電網每個層面內部功能的互通性、配合性、協調性常常影響著電網調度系統的運行，因此需要對各層的各個模塊加以優化，并完善其自動化與控制系統設計，以提高系統運行的流暢性和可靠性。

2.1應用功能分析

智能電網電力調度自動化與控制系統包含的功能模塊較多，各模塊可發揮聯動作用為客戶提供更加便捷的針對性服務，在設計智能電網電力調度自動化控制系統時應完善其應用功能設計。一是調度計劃與管理功能。主要包括：預測、檢修、發電、考核結算與評估計劃以及生產運行、電網評估管理、調度仿真培訓、系統管理等功能，可以規范電力調度流程[1]。二是序列操作功能，提高系統操作的有序性，一旦出現步驟錯誤，便可自動停止操作并發出預警。三是安全校核功能。自動分析和檢測電網運行的安全性以及核驗發電和檢修計劃的可行性，可根據電力調度實況以及用戶信息等進行權限設置。四是實時自動監控與智能預警功能。設計統一的監控管理平臺來監控、分析和評估電網運行狀態、電力調度模擬業務等。

2.2自動化與控制技術分析

智能電網電力調度自動化是指綜合各種高新技術的應用來對電力調度系統運行過程進行高效的自動化、智能化監控、保護與管理，以提高電力運輸與供給的安全可靠性、及時性和經濟性。因此，還應利用相關的自動化技術完善系統設計。第一，配置自動化智能化的運行和保護設備裝置，完善自動化終端設計，以便對電力調度系統運行時的電壓、頻率、負荷等數據變化進行實時監控，以及時發現設備運行問題并對其運行動態做出有效調整，降低設備的無功功率。第二，完善相關自動化技術。將計算機網絡技術、電子信息技術、遠程通信技術、控制技術等高度集成，直接接入Internet網，加強這些技術與電力設備和系統的相結合，從而提高智能電網運行效率，滿足電力調度的需求。第三，利用自動化與控制技術構建電力調度系統。例如OPEN-2000能量管理系統便可應用于大中型地調、省調、網調中，其采用分布式、開放式的設計，并利用數據實時采集和監控、自動發電控制技術及DTS、DMIS系統等對電力調度進行高效管理，目前發展較快、應用范圍較廣。或者SD-6000能量管理系統等，有著功能性極強、自動化技術更先進的優勢，如形成電網拓撲結構并與氣象衛星云圖技術、調度電話自動撥號等相結合。

2.3數據網絡安全防護體系設計

首先，結合智能電網電力調度的各個層面的安全防護需求以及基于WEB下的網絡安全漏洞等設置信息安全保護等級以及應急恢復系統。其次，根據網絡拓撲節點設計相對應的通信容量，通過物理層和網絡層設計電力調度數據網。網絡拓撲單次計算時間應小于1s。物理層上要注意專用網和公共網分開使用，網絡層則可借助防火墻、安全通信、加密認證等技術保障電力調度數據庫的安全及通信傳輸的實時性，進而形成規范統一的數據網絡安全防護體系[2]。最后，可在網絡傳輸平臺和系統應用層使用可視化技術，發揮其可視化預警、控制、觀測、分析等功能及時呈現系統運行狀態。如利用基于可視化技術的在線監控軟件將系統數據轉化成圖形信息等，進而及時準確判斷電壓是否穩定、設備運行參數是否在合理范圍內等，實現動態化監管。

2.4自動化與控制系統設計

一方面，完善監測與控制系統。第一，選好適用的傳感器如CT、PT等以及變送器，并根據實際控制對象安裝好控制指令執行裝置，在智能化的發電廠和變電站分別安裝RTU（遠程終端設備）、IED（智能電子設備）如微處理器等多個終端設備，同時完善各區域的局域網并收集和集中相關的數據。第二，采用開放式的設計建設SCADA主站來自動監控、管理和接收所有數據，以發揮其遠程測量、監收信號、設備切換、調整設備設定值等功能實現對系統的自動化遠程控制。如測量電壓幅值以及傳輸線路的有功和無功、監控開關狀態、打開關閉斷路器、調整發電機電壓等，同時借助廣域網將收集的數據上傳到主站上進行統一處理。將處理好后的數據通過HMI人機交互界面展現出來[3]。

另一方面，當利用SCADA系統時便可構建能量管理系統，即EMS系統。為提高智能電網的自動化水平，可采用目前較為完善的EMS系統將其它子系統的功能如網絡監測與分析、自動化調度控制、數據采集與監控等高度整合為一體進行統一管理。該系統主要功能有：網絡拓撲分析、狀態分析、潮流計算，負荷預測等功能。或者可以構建廣域監測系統，構建WAMS主站，利用具備便捷、高度集成、上傳速率快等功能的PMU裝置進行測量電壓幅值等，以便提高電源的轉換效率并降低功耗，且也可減少設備裝置。利用PDC相量數據收集器將PMU集成的數據進行統一處理和管理，最終傳至主站。與之配套的可選擇結合GPS系統的應用，以實現更加高效的電力調度監控與管理。目前，WAMS的構建是我國智能電網電力調度自動化與控制系統優化中的一項重要內容。此外，還要完善配電管理系統（TMS）、ERP系統、調度員培訓仿真系統（DTS）及調度管理信息系統（DMIS）等完善電力調度自動化與控制系統。

3技術改進分析

目前，我國智能電網的電力調度自動化與控制系統的可觀測性、可控性、安全預警、抵御嚴重自然災害與網絡攻擊等方面的能力雖不斷增強，但仍需進一步完善其相關技術。

3.1可信計算及安全免疫技術

隨著信息化網絡技術的發展，智能電網調度自動化控制系統的安全性能有待提升。因此，應利用可信計算與安全免疫技術從安全管理、系統結構安全等角度構建有效的安全防護體系來防御網絡攻擊以及不安全的網絡信息等，并將技術與管理緊密結合，實現雙向互補，以確保智能電網的安全穩定運行。

3.2運行方式自描述與動態解析技術

以往我國電網主要按照年、月、日等方式運行，電力調度計劃人員會依據紙質運行控制管理規定來制定發電、檢修等計劃，而后電力調度運行人員再實施相應的運行方式，但此過程中容易出現人為操作錯誤[4]。因此，可推行電子運行方式，利用運行方式自描述與動態解析技術構建人機可讀系統，增強智能電網動態自動識別功能來提升運行效果。此外，若是暫時無法實現電子化的調度運行，須確保相關工作人員應嚴格按照標準運行管理規定進行有序操作，減少失誤。

3.3多級多時段優化技術

目前我國電力市場尚有較大的發展空間。由于不同層級和時段的電力調度其自動化控制系統的運行功能將會發生變化，因此，在完善智能電網調度自動化與控制系統的設計時，還需不斷完善電力市場的數字信息化技術，并借助多級多時段優化技術來加強對國家、省級、網絡等各個層面的智能電網電力調度自動化與控制系統的研究與改進，以滿足市場運行及廣大用戶需求，從而增強電力企業的市場競爭力，實現經濟效益最大化。其中省、地、網三級調度AVC應采用閉環控制的方式，以便充分協調無功資源。

3.4系統技術要求

首先，一要擴大系統的信息處理容量，如實現30萬～50萬信息量等;二要實現穩態、動態、暫態的綜合監控;三要使用對象要包含調度計劃、運行、保護、規劃等方面;四要采用分析型、智能型、閉環控制等調度方式;五要實現EMS、WAMS、DMS、EACCS等系統的廣泛應用。其次，建立基于TSD系統的動態信息數據庫，采用分布式的設計方式，加強其與計算機系統特別是CPU的結合，從而提高數據處理效率。最后，一是可根據系統監測區域的不同設置相應的通訊速率，例如系統接收數據容量或由用戶自定義，如遙控量20000、遙調量5000，遙信量100000等。二是優化系統各項顯示指標。如動態數據刷新時間應小于3s、序列操作分辨率小于20ms等、短路電流計算誤差值應小于0.01等。

4結語

智能電網電力調度自動化與控制系統的運行直接影響著電力供應，因此為滿足社會電力需求，還需進一步優化和完善該系統的設計與建設，創新相關技術，加強安全管理，從而有效提高智能電網運行的經濟與社會效益，促進電力企業的發展。

參考文獻

[1] 王鈺.智能電網中調度自動化控制系統的設計與應用[J].電子技術與軟件工程，2016（4）：145.

[2] 王羽，劉旭升，邱實，等.智能電網電力調度自動化系統中數據網安全體系設計與研究[J].電子測試，2018（18）：119+118.

[3] 萬強，仇婧，韓一鳴.智能電網電力調度控制中心自動化關鍵技術分析[J].工程建設與設計，2019（2）：65-66.

[4] 段燕茹.基于智能電網的電力調度自動化與控制系統實現[J].電子設計工程，2020，28（4）：189-193.