智能電網調度控制系統新型應用架構設計

王晨 鄭旭錦

（國網天津市電力公司寶坻供電分公司 天津市 301800）

伴隨著我國社會經濟的飛速發展，對電力使用需求越來越大，電力系統的安全穩定運行是我國經濟社會發展的重要前提。電能具有一定的物理特性，不能夠大量儲存，而且在傳輸過程中容易受輸電線路的影響造成電力工業的特殊性，其生產、輸送、分配與使用都需在同一時間內完成。而現如今隨著智能電網調度控制系統的提出和應用為電網的安全穩定運行提供了可能。

1 智能電網調度控制系統數據流向

現如今數字化、智能化已經滲透到人們生活的方方面面，智能電網也應運而生。電力系統的安全是國家安全的重要組成部分，因此需要有一個統一的電網、統一的調度通信方式，就能夠保證電網的安全運行，我國的電力系統在500 千伏以上，是一個統一的電網，城市中所用的電力是500 千伏電力逐漸讓電壓等級通過變電下來，整個的電網是否有一個很好的通信方式來保證電網的合理運行，也就是目前智能電網所需考慮的問題。

電網調度控制系統是整個電網系統的神經中樞，控制著電網運行的潮流控制、電力平衡、電壓平衡和頻率控制等一系列保障電網安全運行的重要指標，是電網安全戰地前線。如遇臺風、山洪等自然災害，電網必然會受到影響出現問題，此時電網調度控制系統能夠全部承擔，確保電網安全穩定運行。現如今隨著電力系統的逐漸擴大，電力系統調度等級也出現了變更，當前省調、網調和國調的數據逐級匯集，從省調發送至網調，再從網調發送至國調，形成全網實時數據，逐級匯集的主要目的是為了實現全網分析，電網調度數據流向圖如圖1 所示。

圖1

如果電網發生故障，智能電網調度控制系統能夠第一時間對電網故障進行處理，確保電網正常運行，但調度控制系統在實際運行中仍然存在一些缺陷，比如需要有足夠的能源支持，將能源再轉化為電能，與此同時就會對電氣設備的質量提出更高的要求，但是隨著近年來社會經濟發展步伐不斷加快，我國能源出現了緊缺的現象，而此時智能電網調度控制系統要想充分發揮出其作用就必須要考慮新能源的使用，目前人們對于電力使用需求日益增長，能源問題成為了考慮的重點。此外電網出現故障的因素有很多，尤其是遇到惡劣的自然天氣，這種不確定因素使得電網出現故障，對智能電網調度控制系統的運行帶來了一定影響。而且在運行過程中如果短路電流得不到及時控制，就會對電網調度產生影響，與此同時也會大大增加電網調度的管理成本[1]。除此之外對電網運行性能的量化評價不夠，無法實現多目標的調整控制。

2 智能電網調度控制系統新型應用架構設計

2.1 分解協調模型

2.1.1 分解協調的內涵

在過去的相關研究中認為要將電網調度數據逐級匯集到最高一級的調度機構才能形成全網分析，而如果電網規模較大時這樣的逐級匯集法就會導致匯集點的計算壓力過大，不能滿足分析要求。比如當電網模型達到上萬個節點時，就會增加數值問題，此外伴隨著新能源電源開始逐漸接入電網，使得電網調度數據的逐級匯集變得更加困難。而分解協調能夠實現電網調度數據在不逐級匯集的情況下進行全網分析計算，通過分解協調將一個大電網分成多個小電網，針對這些小電網進行逐一計算，再將最后的計算結果結合在一起，實現全網集中計算，通過分解協調的方法可大大減輕調度機構的計算壓力，避免了計算數值出現的問題。

2.1.2 潮流計算

分解協調模型要基于電網的潮流計算，在電力系統的穩定分析中指的是電力系統的潮流分析計算，是電力系統三大計算中最基礎最重要的計算。在電力系統中各個節點的電壓和各條支路上的功率的穩態分布被稱為潮流。為了電力系統更好的規劃運行，目標就是安全經濟和優質，想要達到安全經濟和優質就要分析和評價潮流，潮流的經濟性如何、安全性如何、質量如何需要進一步評價，尤其是一個復雜的、大規模的電力系統對其進行潮流分析更是尤為重要[2]。在電力系統中計算最多的就是潮流，它是服務于規劃和運行。

潮流分析方法主要分為人工和計算機，現如今對于簡單的電力系統可通過人工分析，分析潮流的特性和內在規律；對于復雜的大規模的電力系統潮流計算都要依靠計算機。潮流分析與電路原理分析的區別在于已知條件出現了變化，主要以復功率為特征，其次建模的物理基礎也出現了變化，再次是模型的改變，變成了非線性方程組，然后要確定算法（通常是數值算法）進行編程，再通過計算機求解。在求解過后要開始研究結果的規律和特殊性，因此潮流分布特征可服務于方法研究，可以獲得更符合物理對象的有效算法。

在潮流計算中最主要的是電壓降落的計算，如果一條遠距離的輸電線路在輸電過程中電壓降落到不可接受的程度是不被允許的，所以在潮流分析中首要計算的是電壓降落。電壓降落通常發生在天網上，以圖2 為例，已知U2、S2

圖2

在實際電力系統中電壓的角度不會拉開太大距離，或者在一條線路上電壓的降落不會太顯著，如果電壓降落特別顯著則證明系統設計有問題。

2.2 架構設計（基于SOA)

2.2.1 智能電網調度體系與架構

電網調度控制系統作為整個電網的支桿，對電力系統的安全穩定運行具有至關重要的作用，伴隨著人們對電力使用需求不斷增加，電力系統逐漸擴大，對其安全穩定運行也提出了更高的要求。目前電網調度控制系統能夠實現一體化協調控制，形成了一體化的智能調度體系。比如在電網調度中的新能源功率預測系統，能夠預測風電廠和光伏電站短期和超短期的上網發電功率，與人工預測相比新能源功率預測系統基于發電功率歷史數據，結合更加詳實精確的數值天氣預報信息，建立了精準的預測模型，可以得出更加準確的功率預測結果，正常情況下未來24 小時的預測精度超過85%，未來4 小時的精度預測超過90%，便于電網調度運行人員提前做好發電計劃的安排，更加合理的對電網進行調度，減少新能源發電的隨機性和波動性給電網運行帶來的影響。電網調度控制系統是電網運行的決策者和指揮者，是電網不可或缺的組成部分，在保障電網安全穩定運行和電力平穩供應方面發揮著舉足輕重的作用[3]。近年來在電力行業中逐漸開展智能電網調度控制系統的研發建設，基本架構主要包括調度管理、監測預警和調度計劃等單元，在監測預警方面主要針對電力系統的運行進行監控和評估，在發生故障時能夠提前預警。在調度管理上主要是針對調度機構的日常管理和資源維護。在調度計劃上針對不同的調度模式需求，實現計劃制定分布。

2.2.2 基于SOA 的新型應用架構設計

SOA 的中文名稱是面向服務架構，它不是一項技術，也不是一項語言，它是一種如何設計項目，讓開發時更加有效率。準確來說SOA 是一種思想，專門訪問數據庫的服務，所謂的面向服務架構就是有一個專門提供服務的單元，其他所有單元都調用這個服務。SOA 能夠將一個業務功能分解成一個個的獨立單元，再將這些小單元組合成一個大的邏輯單元，實現系統的體系化。在電力調度過程中所涉及的單元較多，比如省調、變電站、以及各個部門等等。這些個體有不同的職能，但是個體單元無法為整個調度過程提供全部服務，此時就處于較為分布的態勢，如果訪問量較大，系統的任務壓力就會增加，SOA 可以構建出一套松耦合的軟件系統，使系統能夠靈活運用，基于SOA 的智能電網調度控制系統架構設計按照基本的生產單元劃分為省調、地調、中調、和網調，同時整合各生產單元的信息系統，比如大型發電廠、中小型發電廠、可再生能源等等信息系統。

傳統的電網調度控制系統應用架構需要數據逐級集中，而且上級調度機構的硬件要求較高，不能滿足系統的計算分析要求，不具備安全性和經濟性，系統的分析計算不完全依靠于網絡。而基于SOA 智能電網調度控制系統新型應用架構彌補了傳統應用架構的缺陷，在成本與性能上具有一定優勢。

2.3 效果分析

綜上所述可得出智能電網調度控制系統新型應用架構設計相比傳統的架構應用來講具有更多的優勢，彌補了傳統應用架構存在的不足，基于分解協調和SOA 有幾項明顯的優勢，首先是系統的計算分析不再需要電網調度數據的逐級匯集，大大減輕了系統的計算負擔，通過建模的方式防止了電力規模過大產生的計算問題[4]。其次具有良好的經濟型和安全性。但從目前來看要想實施分解協調計算就必須要調度數據網提供可靠的通信通道，傳統的應用架構優勢在于不需要依靠通信網絡，主要基于本地的實時數據，而新型應用架構完全依靠于通信網絡，如果通信通道出現中斷如何滿足應用要求還需進一步研究。

3 結束語

智能電網調度控制系統是電力系統的主干，是確保電網穩定安全運行的前提，近年來由于電力系統的不斷擴大，電力企業逐漸開展了智能電網調度控制系統的研究建設，從傳統的應用架構發展到新型的應用架構。本文對電網調度控制系統的重要性及數據流向開展了詳細說明，并對新型應用架構設計進行了分析，基于分解協調和SOA 彌補了傳統應用架構所存在的不足，但在通信通道方面仍然存在問題需待進一步研究。