面向DSP的智能電網(wǎng)自動調(diào)度實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計策略

王之龍

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 南通供電公司，江蘇 南通 226000）

0 引 言

調(diào)度系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的中樞，是保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)電網(wǎng)自動化水平最高的一環(huán)。調(diào)度與監(jiān)測平臺是1項系統(tǒng)工程，它由多種功能模塊組成。各模塊之間相互聯(lián)系、相互依存，具有各自的應用系統(tǒng)和各自的職能，但是其目的一致，即實時監(jiān)測電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)問題。

1 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)概述

近年來，隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展，對電網(wǎng)的運營和管理需求越來越大，對調(diào)度系統(tǒng)的要求也越來越高。電力調(diào)度可以有效實現(xiàn)一體化的協(xié)調(diào)控制、一體化的調(diào)整、高效的流程管理、精細化的統(tǒng)籌規(guī)劃和信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，從而在智能電網(wǎng)中形成自動化、信息化、互動化、分布式以及一體化的智能調(diào)度決策中心。智能調(diào)度系統(tǒng)指在電力公司實現(xiàn)調(diào)度計劃、建立模型、測量、數(shù)據(jù)分析、決策、有效控制以及管理的全流程。智能電網(wǎng)的智能化調(diào)度將成為智能電網(wǎng)的重要特點，具有較強的適應性、前瞻性、優(yōu)化性、柔性和高度敏感性[1]。

2 智能調(diào)度的優(yōu)勢分析

2.1 較強的可觀測性

遠程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）、配電開關(guān)監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）等監(jiān)控設(shè)備雖在常規(guī)電網(wǎng)中安裝，但其安裝后無法實時掌握電網(wǎng)對面使用者的操作情況。而智能調(diào)度擁有先進的智能測量系統(tǒng)，也就是數(shù)據(jù)共享平臺，借助二測技術(shù)可以實時掌握電力的情況，從而準確地估算出電網(wǎng)的運行狀況。由此可以看出，智能調(diào)度系統(tǒng)具有很好的可測性。同時，它可以使智能電網(wǎng)調(diào)度中心準確地控制整個網(wǎng)絡(luò)。

2.2 資源更加可控

在常規(guī)電網(wǎng)中，發(fā)電資源是控制能源的重要組成部分。近年來，由于各類可再生能源的大量涌入，使得分布式發(fā)電的應用范圍越來越廣，許多發(fā)電環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生難以控制的問題。而在智能電網(wǎng)中，資源的控制范圍不斷擴展。

2.3 運行調(diào)控性更加靈活便利

在常規(guī)電力系統(tǒng)中，經(jīng)濟性、安全性、電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)的重要指標和控制指標。而智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)以其多樣化、復雜化的特點為主要的控制對象，既要滿足電力系統(tǒng)的要求，又要做到能源消耗的最小化，以達到環(huán)境保護的目的。因此，在運行過程中，需要對電網(wǎng)的實際狀況進行相應的調(diào)整[2]。

2.4 結(jié)構(gòu)功能的開放性更高

電能通過發(fā)電、傳輸、分配、用電等單向流實現(xiàn)，這是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的1種調(diào)節(jié)方式。在進行設(shè)計時，也只是簡單地部署了已有相同工作的軟件。但是，智能電力與傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)不同，它可以提供大量的分布式電源，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)的控制。

3 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控平臺體系的構(gòu)架

根據(jù)智能電網(wǎng)的基本特點和智能云平臺的實際應用，提出了基于云的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)方案。該平臺采用了云計算技術(shù)、數(shù)據(jù)服務(wù)總線等技術(shù)，將分布式數(shù)據(jù)資源、電網(wǎng)自動化等應用于智能電網(wǎng)調(diào)度云計算監(jiān)測平臺中。為便于系統(tǒng)調(diào)度的管理者監(jiān)控各部分的操作，按需調(diào)整計劃，并特別設(shè)置了統(tǒng)一的監(jiān)控界面。云計算平臺是以分布式數(shù)據(jù)服務(wù)總線為基礎(chǔ)，它還包含了3個主要的功能部件，即動態(tài)負載平衡與資源分配系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以及集成計算引擎。這些功能部件以分布的數(shù)據(jù)服務(wù)總線組成1個虛擬層，以完成對控制信息和數(shù)據(jù)信息的交換、傳輸以及整合，并對底層的硬件進行統(tǒng)一的管理和配置，保證了不同應用軟件安全穩(wěn)定的調(diào)用和存取[3]。

4 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實施

4.1 調(diào)度數(shù)據(jù)集成化技術(shù)

在電力系統(tǒng)中，當綜合了各種數(shù)據(jù)后，可進行故障診斷時，必須采用智能電網(wǎng)調(diào)度和事故處理的輔助決策。信息管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，其主要依據(jù)是IEC61970標準和可擴展標記語言（eXtensible Markup Language，XML）的自描述格式以及以松散耦合模式為基礎(chǔ)的XML信息交換。

4.2 智能調(diào)度控制技術(shù)

當電力系統(tǒng)的運行安全性不能得到保證時，必須對其敏感性進行分析，以保證電網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn)。一旦出現(xiàn)意外，就需提前提醒，如果要調(diào)整機組端面上的過載問題，則應適當降低負載。

4.3 事故診斷與處理技術(shù)

事故的診斷和處理技術(shù)包括多個復雜的故障診斷技術(shù)、差錯信息的冗余、對多目標事故進行修復。而多重故障診斷的關(guān)鍵是故障區(qū)，它利用組群技術(shù)將電網(wǎng)動作信息、保護動作信息和故障診斷信息結(jié)合起來，對以上的信息進行了組合。

4.4 電網(wǎng)故障的實時診斷分析

與網(wǎng)絡(luò)拓撲相結(jié)合，可以實現(xiàn)對電力設(shè)備異常變化、潮流、電壓突變等信息的監(jiān)測，并根據(jù)系統(tǒng)的實時獲取信息、保護動作信息、潮流擾動信息，利用網(wǎng)絡(luò)信息識別技術(shù)對人工操作、錯誤信息擾動等信息進行篩選，將虛假信息剔除，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)的故障診斷，進而提高整體調(diào)度的安全性[4]。

4.5 科學的電網(wǎng)事故處理輔助決策

在電網(wǎng)調(diào)度中，充分利用智能監(jiān)測和防誤技術(shù)，可以加強對電網(wǎng)調(diào)度的有效控制，減少各類突發(fā)事件的發(fā)生，并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的實際需要，通過優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度的輔助功能，保證故障診斷的準確性，有效處理過潮流、過電壓因素，優(yōu)化智能化電網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)的服務(wù)功能。

4.6 完善電網(wǎng)調(diào)度中在線事故處理機制

通過可靠的智能監(jiān)測和防誤技術(shù)，可以為電力調(diào)度人員提供大量的軟件資源，幫助調(diào)度人員在最短的時間內(nèi)對各種類型的故障進行最大限度的判斷，并在提高電力網(wǎng)絡(luò)的潮流控制能力的同時，對網(wǎng)絡(luò)的在線事故進行有效處理。

5 電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)性能分析

5.1 回溯機制

在網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的安全回滾是1個非常重要的機制，可以幫助調(diào)度控制器發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的安全漏洞。在此基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)節(jié)點的安全級別計算公式，對500 kV、220 kV網(wǎng)絡(luò)進行了分析。從跟蹤的結(jié)果可以看出，1個具體的實體節(jié)點是經(jīng)過500 kV或者220 kV的網(wǎng)絡(luò)。其中，在500 kV網(wǎng)絡(luò)中，存在危險的實體結(jié)點可以采用數(shù)字安全等級的方法進行識別。在220 kV電網(wǎng)中，需要判斷220 kV網(wǎng)絡(luò)中很多節(jié)點的安全性，不僅是因為220 kV區(qū)域網(wǎng)的安全問題，還是因為500 kV節(jié)點的電力供應不足，這一跟蹤機制應該能夠幫助調(diào)度員改進系統(tǒng)的安全漏洞，保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行[5]。

5.2 電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)包括采樣電路、微處理器、主控制模塊、功率測量芯片、顯示模塊以及通信模塊等。該系統(tǒng)充分發(fā)揮了電網(wǎng)運行時電流和電壓信號的轉(zhuǎn)換功能，采用電能測量芯片對電流和電壓進行檢測，并采用取樣電路將所檢測到的數(shù)據(jù)保存到監(jiān)測圖像中。在此基礎(chǔ)上，采用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）或通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）通信模塊，將采集到的電壓、電流等數(shù)據(jù)進行遠距離傳輸。當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，報警裝置會被設(shè)定在系統(tǒng)程式中。GPS/GPRS通信模塊完成定位、遠程信息傳輸、短消息傳遞等一系列功能。

5.3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)配置

以RT21為平臺，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測。本系統(tǒng)具有訪問管理、環(huán)境監(jiān)控等多種功能，還可以對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行實時監(jiān)控，與D5000智能調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)接。應用軟件模塊層的組成包括視頻監(jiān)控、訪問控制管理、環(huán)境監(jiān)控、火災報警以及鏈路控制等。各模塊間無干擾，可獨立完成邏輯檢驗及資料處理。在平臺模組層次上，提供了圖形、權(quán)限、安全、報告、界面管理以及歷史和實時的資料庫。它為應用程序開發(fā)提供了1個一致、安全、易于操作的接口，能夠適應不同的工作需求，而且可以通過腳本語言配置邏輯。在線監(jiān)測系統(tǒng)會對輔助系統(tǒng)進行分析診斷，并與輔助系統(tǒng)配合，積極監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時，該系統(tǒng)將地理地圖與電力設(shè)備的主線路圖有機結(jié)合起來，使得該系統(tǒng)更加直觀、易于管理，可以適應電網(wǎng)的生產(chǎn)和操作需求。

5.4 控制指令解析和傳輸測試

首先，在Web的監(jiān)視系統(tǒng)中，管理員選定要切斷電源的負荷1，按下“確認”鍵，后臺的程序會按照主控界面的指示進行一幀的控制。其次，通過套接點的輸入輸出（Input/Output，I/O）數(shù)據(jù)流向數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）傳輸控制幀。最后，通過控制系統(tǒng)的硬件平臺，完成對負荷的控制，以確保電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。通過順槽監(jiān)測中心，可以遠程控制運煤機、破碎機和皮帶的信號，并實現(xiàn)無人控制。通過順槽監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)收集、整理和匯總，能夠隨時觀察到設(shè)備的啟動和停止，并對設(shè)備的故障進行分析，了解設(shè)備的工作狀況。在設(shè)備出現(xiàn)故障時，可通過查閱故障信息清單找出故障，快速、準確、穩(wěn)定地解決問題，縮短處理時間。

5.5 監(jiān)控視頻采集卡設(shè)計

在電力市場中，監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取是1個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備切換點、設(shè)備熱點附近設(shè)置照相機，通過遙控指揮中心傳輸監(jiān)測命令。在網(wǎng)絡(luò)運行過程中，視頻監(jiān)視可以捕捉到網(wǎng)絡(luò)運行中的特殊異常和位置，同時可以捕捉到網(wǎng)絡(luò)的異常情況。若網(wǎng)路監(jiān)視影像信號為電子信號，則須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號。利用城市信息模型（City Information Modeling，CIM），電腦有4個監(jiān)控顯示卡，每1個顯示卡能從4個不同的方向采集網(wǎng)路監(jiān)控資料，因此可以擴展網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。在此基礎(chǔ)上，利用CIM模型對智能電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)，并對其采集電路進行了設(shè)計。另外，針對監(jiān)控視頻采集卡的工作模式，對其進行了硬件設(shè)計。

6 智能調(diào)度的優(yōu)勢分析

6.1 較強的可觀測性

RTU、FTU等監(jiān)測裝置基于傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)立，其設(shè)置并不能使相關(guān)人員及時了解處于電力系統(tǒng)另一端用戶的實施運行信息。智能調(diào)度則不同，它已經(jīng)具備了高級智能量測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)共享平臺，在這些系統(tǒng)和平臺的支撐下以及二測技術(shù)的幫助下，能夠及時了解用戶的用電信息，并以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)了對全網(wǎng)需求側(cè)狀態(tài)的精確估計。

6.2 資源更加可控

發(fā)電資源是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的主要可控資源。近年來，隨著各種可再生能源的大規(guī)模接入，在分布式發(fā)電的廣泛應用環(huán)境下，很多發(fā)電環(huán)節(jié)出現(xiàn)了不可控的問題。在智能電網(wǎng)中，可控的資源范圍得到擴大，不再局限于發(fā)電資源，其中包含儲能裝置、負荷、電力電子技術(shù)基礎(chǔ)上的可控輸電設(shè)備等資源。

6.3 運行調(diào)控性更加靈活便利

經(jīng)濟性、安全性、電能的質(zhì)量是對傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度衡量的主要目標和控制目標。但是，智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)則不同，它將多樣化、復雜化特征作為控制的主要目標，電網(wǎng)在保證電力系統(tǒng)供電需求的同時，必須實現(xiàn)能耗的最低排放，保證環(huán)保的效果。因此，電網(wǎng)在運行中必須根據(jù)實際情況做出調(diào)整。

7 電力系統(tǒng)自動化中DSP技術(shù)的具體應用

電力系統(tǒng)自動化中，數(shù)字信號處理（Digital Signal Process，DSP）技術(shù)的具體應用主要包括以下幾點。

（1）采集與測量。在將電力系統(tǒng)與計算機有效結(jié)合后，可以將能量管理系統(tǒng)（Energy Management System，EMS）、SCADA、配電管理系統(tǒng)（Distribution Mangernent System，DMS）等融合在一起。SCADA可以實時分析頻譜，并對其進行快速、精確的測量。同時，這種方法是電氣量測定的先決條件，并逐步建立起相應的體系。

（2）質(zhì)量監(jiān)控。電能具有相應的品質(zhì)評定標準，能夠根據(jù)其偏差是否在標準值范圍內(nèi)來判定頻率和電壓；在測量波形時，可以根據(jù)失真率是否超出規(guī)定的范圍來判定。如果沒有達到相關(guān)的要求，則會根據(jù)不同的條件，通過報警來控制設(shè)備的工作。同時，電網(wǎng)在大負荷投入、故障時，會有一段時間的電壓下陷，針對這種現(xiàn)象，有關(guān)部門要根據(jù)電壓下降的情況對故障進行補償和修理。

（3）繼電保護。大規(guī)模應用微型計算機繼電器，可大大提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，促進電網(wǎng)的長期發(fā)展。

8 結(jié) 論

將智能電網(wǎng)技術(shù)引入到電力市場監(jiān)測系統(tǒng)中，將有助于電力市場的迅速發(fā)展，并能迅速發(fā)現(xiàn)電力市場中的問題。同時，由于其具有較高的安全性和可靠性，因此將為我國電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力的支撐。