地區智能電網調度控制系統研究

彭自友，鐘蘇帆，潘大恩，王權林

(廣東電網有限責任公司梅州供電局，廣東 梅州 514000)

1 引言

智能電網建設過程中強調從“分級管理、分層控制”出發，設計系統性、層次型、智能化調控管理架構。尤其是在調度控制過程中，必須按照南方電網公司出臺的相關標準，滿足調度計劃、調度管理、安全校核、監控預警等需求，達到有力調控、高效監管，從而提升智能電網的智能化、精益化水平。現階段我國智能電網調度控制系統還存在諸多不足，智能化、精益化水平低于同期先進國家，地區電網的系統應用層面還不能適應電力需求的不斷增加、運行方式的不斷復雜，電能質量和可靠性要求的不斷提高等要求，不能適應調監控一體化的發展進程，亟待進一步深化研究和拓展。

2 地區智能電網控制系統設計要求

2.1 基本要求

現階段地區電網架構簡單，規模小、無高壓直流系統，配網供電線路長、電網拓撲相較省級電網變化快，其設備檢修計劃周期較短，往往需要借助智能控制實現高效監測、靈活調配和智能管控。

智能電網調度控制系統是實現該功能的前提，利用調度控制系統可以達到經濟、優質、環保需求，通過EMS、SCADA、信息集成等將電力數據、管理指標全面融合，按照市場環境和用戶需求實施動態調控，其基本要求見表1。

表1 智能電網調度控制的基本要求

上述系統可在自愈、兼容、交互、集成、協調等基礎上達到電力運行的調節和優化，以提升電網安全效益和經濟效益。

2.2 發展現狀

智能電網調度控制起源于21世紀中后期，主要針對電網運行中的有功、無功、潮流、電能等開展相應補償和調整。在保證電網安全穩定運行前提下，通過 AVC 應用的部署，自動控制變電站主變檔位的升降、電容器的投切，減少人工操作次數，提高工作效率，提高電壓和功率因數合格率，并盡可能降低系統因不必要的無功潮流引起的有功損耗。

我國智能電網調度控制系統研究起步較晚，但發展非常迅速，已經升級到D5000架構，實現了基于CTM/E、CIM/G標準的規模化共享和整合，達到了智能電網資源的全面協調，能夠有效處理電網運行過程中的潮流問題、功率問題、電能質量問題等。現階段，我國智能電網調度控制系統在傳統SCADA基礎上融入廣域測量、MES能量管控，形成了契合智能電網動態柔性、可重組性、系統自愈、自恢復需求的高精尖調控體系。尤其是在面向服務架構的智能電網調度控制系統中，利用SOA理念構建軟件即服務(softwareasaservice)和平臺即服務(platformasaservice)兩大應用架構，為我國電力調度提供了新思路和新方向，實現了我國智能電網調度控制系統的全面優化。

3 系統設計的總體思路

智能電網調度控制系統設計過程中應根據電網調度指標，在空間、業務等多層面基礎上實現可靠分析和智能評估，保證靈活協調電網運行過程中的各項問題，達到電力調度的智能化、標準化、規范化、高效化，即：

(1)系統結構。我國大多地區電網規模較小、結構簡單、供電半徑過長等，一旦出現問題很容易造成大范圍、長時間斷電，需在運行控制和安全保護基礎上增強智能控制強度；

(2)運維管理。地區電網設備計劃檢修周期短，運維管理工作量大，在周期和業務量上存在嚴重沖突，必須利用智能控制實現實時監測和預警，提升數據分析和信息共享基礎上的協同管控成效；

(3)調度服務。地調調度員不參與電力市場調控和電網頻率的調節，更多側重于計劃停送電的執行、異常信號的監控、電壓的調節，利用智能控制系統中的調度功能模塊可以直接為其提供有效信息，保證核心業務順利開展。

為此，某省某地區智能電網調度系統設計時按照“統一領導、統一設計、統一標準、統一組織、共同實施”的原則，實現電網調度的科學統籌，在系統結構、運行控制、安全管理三方面形成了有效調整，如表2所示。

表2 某省某地區智能控制系統設計思路

4 系統設計的總體架構

4.1 系統架構

某地區智能電網調度控制系統主要包括電網運行監視與告警、電網調度計劃、電網調度管理、安全校核四個模塊，在國家電網、省級電網及區域電網基礎上形成三級一體化系統架構，其具體見圖1。

圖1 某省某地區智能電網調度控制系統架構

4.2 結構單元

(1)監控預警功能模塊。該模塊設計時應在輸電設備數據、用戶用電數據等基礎上形成實時監測預警，利用穩態監控、動態監控、智能評估等快速確定電網的運行狀態，分析網絡結構、電網潮流、靜態安全、輸電能力、外網等值等是否在標準范圍內。一旦超過閾值，應在智能告警基礎上配合就地保護，快速完成電壓、電流、潮流等控制，從而全面提升智能電網運行的安全效益和經濟效益。

(2)調度計劃功能模塊。該模塊主要完成負荷分析、檢修計劃制定、考核計算等。設計過程中應包括短期負荷分析、動態負荷分析、檢修計劃等，依照合同指標及電能采集數據完成預評估分析和最終評估考核，完成相應結算。

(3)調度管理功能模塊。調度管理工作應在調度專業管理、生產運行管理、內部綜合管理和電網綜合分析評估基礎上有效開展，即利用調度專業門戶網站、生產信息智能管理軟件基礎上形成管理系統，將工作計劃、生產調控等，實現基于智能數據模型的動態調控和運行評估，以保證調度管理措施的可靠性、針對性和高效性。

(4)安全校核功能模塊。該模塊設計過程中應根據潮流分析、靈敏度分析、靜態分析、短路電流等確定靜態安全指標；根據暫態分析、動態分析、電壓分析等確定穩定性指標。并在分析結果基礎上開展裕度校正，利用智能電網運行管理過程中的各項裝置，達到校核統籌、科學調控，以保證智能電網的經濟性、安全性和穩定性。

4.3 關鍵技術

根據上述功能單元，智能電網調度控制系統中應把握好以下核心技術，即：

(1)合理運用信息和支撐關鍵技術，利用SCADA平臺和智能數據采集裝置(如載波電表、敏感元件等)全面采集用電裝置的各項信息，做好數據整合、統計分析和實時交互，為后續調度控制奠定可靠數據基礎。

(2)要在大電網運行監控、安全預警和智能決策關鍵技術基礎上做好安全管理的優化和調整，利用歷史數據、實時監測結果等，快速評估和查找智能電網運行過程中的各項風險，制定緊急事故應急預案。

(3)運用OMS調度管理技術將采集到的信息實時共享，打破部門之間的壁壘，形成綜合信息管理和智能高效監督體系。尤其是要利用好數據共享平臺，實現業務之間自上而下的分解，保證OMS調度管理過程中各項工作能夠實時交互，有序安排，高效完成。

(4)數據同步技術，實現主備調度自動化系統間模型圖形參數及數據的實時同步，即令主系統將已維護并確認后的模型、參數和圖形以增量方式立即傳輸至備用調度系統。實現“源端維護、雙端共享”。

(5)通過告警直傳與遠程調閱優化海量數據。對隨著調控一體化的推進而出現的海量運行數據，通過告警直傳保證數據準確性，再經過規范化處理，生成標準的告警條文過濾干擾信號，同時通過調度員遠程瀏覽查看站端實時數據，避免信號漏監視，實現“設備異常監視準、故障信號分析全、監視數據采集少”。

(6)安全防誤功能。通過拓撲防誤校核、開關遙信與遙測雙確認校核等，從操作前防范、操作中校核、操作后驗證等方面進行全過程防控。

5 基于地區電網運行特點的關核心功能模塊

5.1 SCADA 功能模塊(D5000)

SCADA 功能模塊(監視控制與數據采集)可以實時監測電網的信號狀態和運行數據，并可遙控和遙調調管范圍內的所有廠站設備，其界面主要包括告警信號智能化展示、常用監視信息集中展示、遠程遙控等，如圖2所示。

圖2 某省某地區智能電網調度控制系統SCADA功能模塊

(1)告警信號智能化展示。由實時告警窗對告警信號進行分類，包括事故信號、異常信號、越限信號、告知信號等。并通過多樣化方式告警，如語音、文字、推圖、彈窗、警鈴報警等，其具體見圖3。

圖3 告警信號智能化展示程序

(2) 常用監視信息的集中展示。按照地區電網運行中的關鍵參數及故障情況，某省地區電網常用監視項主要包括主變設備過載、電壓越限、關鍵線路負荷、長期/臨時斷面、遙測不刷新站點、通道異常等，可直接根據功能模塊中上述數據生成的可視化圖表確定關鍵項異常狀況，開展對應管控。

(3) 遠程遙控。設計過程中系統可實現廠站設備遙測量、開關和刀閘設備狀態量的實時顯示，并根據上述數據判斷地方電網運行狀態，配合調度信息實現開關、刀閘等一次性設備的遠方遙控、線路自動重合閘、遠方備自投功能軟壓板的自動遙調等。

5.2 調度計劃管理模塊(OMS)

OMS 是調度運行管理的基礎應用系統，能夠實現調度業務辦公電子化，為整個系統的生產業務范圍進行工業流程化以及操作規范化的服務與管理，并保證網、省、地三級調度機構調度計劃的統一性與一致性，其運行流程如圖4所示。

圖4 調度計劃管理的開展

OMS一般需具備調度日常生產管理、操作票自動生成、生產日報自動生成與報送、生產信息綜合檢索與查詢、基礎信息傳遞與共享、檢修計劃剛性管理等功能，即：

(1)值班日志管理系統主要包括排班管理、值班日志管理、值班日志查詢、值班人員管理、交接班管理、交接班查詢管理等功能。

(2)操作票管理系統主要包括擬票管理、審票管理、預發令管理、操作單位回復管理、執行管理、監視管理、典型票管理、操作票查詢等管理等功能。同時，設備狀態、潮流分布等多種校核手段能夠貫穿于開票、審核、發令、執行的全流程。

(3)調度運行管理包括檢修計劃管理、臨時檢修管理、中長期方式變更等。

5.3 調度員培訓仿真系統(DTS)

現階段調度員培訓仿真系統可以在模型構建、虛擬仿真、數據分析等基礎上實現快速模擬和檢測，確定調度員培訓狀況和多級聯合演習質量，從而為地區電網調度管理工作提供有效參考。上述功能在某省地區電網智能控制系統中已經初步實現，但仍需進一步完善，詳見圖5。

圖5 調度員培訓仿真界面

5.4 迎峰度夏管理模塊

迎峰度夏管理模塊設計的過程中需涵蓋：

(1) 負荷監視功能，對重點設備(主變、線路)等進行實時監測，當設備負荷到達設定的告警時候提前發出告警，提醒調控員提前介入并為調度員潮流調控提供輔助決策。

(2) 負荷預測功能，通過對歷史曲線的擬合預測次日最高負荷。要求對歷史數據的數據存儲具備緩存機制，具備對歷史數據進行進一步的統計、分析和累計等處理，如數據化或圖形化展示各時段相應數據的峰谷平負荷、最大/最小值及發生時間、平均值等典型數據。

6 總結

隨著智能電網調度控制研究的不斷深入，調度控制系統必將越來越智能、可靠、高效。在上述系統設計過程中，相關單位必須嚴格依照南方電網制定的調度控制指標，利用SCADA、EMS、OMS等平臺軟件，做好面向服務的智能電網調度控制系統架構優化，實現電網運行監視與告警、電網調度計劃、電網調度管理、安全校核功能的全面拓展，以保證智能電網調度控制與智能電網發展相協調。