智能電網(wǎng)調(diào)度運行面臨的關鍵技術(shù)分析

錢永明

（廣東卓維網(wǎng)絡有限公司，廣東佛山 528000）

0.引言

電力系統(tǒng)是否能夠正常穩(wěn)定運行，直接影響著人們的生產(chǎn)和生活，而智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)當中的關鍵組成部分，因此，智能電網(wǎng)調(diào)度工作的順利開展和運行能夠保障整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。隨著當前智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷推進和發(fā)展傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度工作手段，已經(jīng)無法滿足實際技術(shù)需求，需要不斷提高智能電網(wǎng)調(diào)度運行技術(shù)水平，才能夠推動智能電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

1.智能電網(wǎng)調(diào)度運行存在的問題

1.1 調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)不完善

目前，有很多智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)被大多數(shù)行業(yè)所應用，但是很多調(diào)度技術(shù)系統(tǒng)平臺依舊存在不足。由于智能電網(wǎng)已經(jīng)取得了較為廣泛的應用，要求相關工作人員以及維護人員應當對設備進行調(diào)整，而傳統(tǒng)的調(diào)度系統(tǒng)當中，其技術(shù)和工作人員的知識儲備很難滿足當前對智能電網(wǎng)提出的要求。因此，應當不斷完善和革新智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)系統(tǒng)，不斷優(yōu)化當前的技術(shù)系統(tǒng)平臺。

1.2 智能電網(wǎng)規(guī)劃不科學

目前，大部分智能電網(wǎng)規(guī)劃工作無法實現(xiàn)一體化架構(gòu)，也就導致智能電網(wǎng)無法覆蓋多個專業(yè)并進行多級協(xié)調(diào)，如此一來，也就無法滿足智能電網(wǎng)調(diào)度工作的橫向協(xié)調(diào)以及縱向貫通需求。受到各類客觀因素的影響，智能電網(wǎng)調(diào)度工作的建設過程當中，所需要運用到的技術(shù)往往是獨立運行的，各個技術(shù)之間的聯(lián)系相對不夠密切，也缺乏統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性，導致整體智能電網(wǎng)系統(tǒng)的設計缺乏規(guī)范化和標準化。

1.3 智能電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)有缺失

由于智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)當中缺少相應數(shù)據(jù)，電網(wǎng)整體技術(shù)發(fā)展受到一定制約，不利于智能電網(wǎng)未來的穩(wěn)定發(fā)展和要求。因此應當利用先進的科學技術(shù)對智能電網(wǎng)進行調(diào)度和運轉(zhuǎn)，進而保證智能電網(wǎng)調(diào)度過程當中數(shù)據(jù)的準確性和完整性。除此之外，在電網(wǎng)測試工作當中，由于基礎數(shù)據(jù)相對缺失的問題，導致整體所獲得的數(shù)據(jù)精確度較低。在以往電網(wǎng)調(diào)度工作當中，利用人工的方式記錄檢修位置數(shù)據(jù)，這也就導致在檢修工作當中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失誤，進而導致數(shù)據(jù)不夠精確。而智能電網(wǎng)能夠優(yōu)化這些問題，利用更加尖端先進的技術(shù)來強化數(shù)據(jù)測量的精確性和可靠性[1]。

2.智能電網(wǎng)調(diào)度運行技術(shù)應用策略

2.1 值班告警系統(tǒng)

智能電網(wǎng)調(diào)度運行系統(tǒng)當中的值班告警系統(tǒng)是通過相應的技術(shù)支持對電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)應用狀態(tài)進行在線監(jiān)視與分析，并對智能電網(wǎng)運行過程當中所出現(xiàn)的故障和異常進行預判和分析，并通過短信、電話、語音視頻等多種形式對相關人員進行預警，并提供更加快速、簡潔、可視化的人機展示界面，能夠方便系統(tǒng)維護人員對智能電網(wǎng)系統(tǒng)的故障進行監(jiān)視和處理。同時在故障出現(xiàn)的過程當中及時提出相應的應急處理方案，以便于維修人員及時準確地發(fā)現(xiàn)故障源。值班告警系統(tǒng)能夠為智能電網(wǎng)提供智能化報警查詢以及故障綜合分析功能，能夠為智能電網(wǎng)的日常監(jiān)督提供檢測手段和數(shù)據(jù)依據(jù)。值班告警系統(tǒng)的主要功能分為告警相關信息管理和告警對象監(jiān)視兩個主要板塊。在告警對象監(jiān)視工作當中包括對技術(shù)支持系統(tǒng)的節(jié)點、設備、進程、應用、資源等進行監(jiān)視，同時也包括對智能電網(wǎng)調(diào)度運行工作當中的數(shù)據(jù)以及機房濕度溫度等環(huán)境數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，同時其告警數(shù)據(jù)還包括對監(jiān)督人員、監(jiān)督對象、報警對象進行管理并提出告警預案[2]。

2.2 電網(wǎng)運行方式在線分析技術(shù)

在智能電網(wǎng)調(diào)度運行工作當中其調(diào)度階段所使用運行方式的科學性以及合理性，直接影響著整體智能電網(wǎng)調(diào)度運行工作的穩(wěn)定程度。針對目前已有的智能電網(wǎng)運行方式安排并對整體系統(tǒng)的負荷進行科學估算，能夠?qū)Ξ斍半娋W(wǎng)輸出裝置的發(fā)電情況以及檢修情況進行預測，并制定相應的管理方案以及管理計劃，進而保證智能電網(wǎng)調(diào)度運行系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。一般來說在考慮到智能電網(wǎng)運行安全度的情況下，應當基于N-1 標準原則進行考慮，在此原則的指導下，一旦整體智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)遭受外界因素的擾動，且整體系統(tǒng)的開關、重合閘和所有保護裝置的工作路徑保持準確的狀態(tài)，則不會采用具體的穩(wěn)定控制措施對電力系統(tǒng)進行干預。而假若電力系統(tǒng)當中其他元器件保持在合理范圍內(nèi)的負荷區(qū)間時，同樣也不會出現(xiàn)過于嚴重的跳閘反應。在進行系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性檢測工作時，也應當遵循N-1 準則，將此準則運用到制定電網(wǎng)系統(tǒng)運行與檢修形式等工作標準中，在智能調(diào)度電網(wǎng)系統(tǒng)當中，也會出現(xiàn)相應的N-2、N-3 等檢修安全問題。這類問題所需要使用的計算機量相對比較復雜，因此可以利用WAMS 體系或是SCADA 體系進行科學合理的應用，保證對電網(wǎng)運行形式進行再計算，不僅能夠保證智能電網(wǎng)調(diào)度運行，使工作人員的工作壓力得到減小，同時也能夠保證整體智能電網(wǎng)運行系統(tǒng)的工作效率得到提高，進而提高整體工作質(zhì)量。WAMS 軟件體系如圖1 所示。

圖1 WAMS軟件體系示意圖

2.3 安全校核服務架構(gòu)技術(shù)

在智能電網(wǎng)調(diào)度運行工作當中，安全校核服務架構(gòu)是關鍵部分，要對安全校核服務架構(gòu)的應用功能進行檢測，對檢修計劃、電網(wǎng)運行操作發(fā)電計劃等調(diào)度計劃以及調(diào)度操作進行核對，形成相應的校核斷面之后，再對安全校核服務架構(gòu)進行全面的安全穩(wěn)定校對，包括暫態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定等方面的校對。在完成校核工作之后進行調(diào)度評估和輔助決策，對調(diào)度操作當中的穩(wěn)定問題進行調(diào)整，并重新判斷電網(wǎng)的穩(wěn)定力度，如表1 所示。不同的需求在計算過程中具有較大的差異，同時在計算方式上也分為自動計算和手動計算兩種。因此安全校核的計算內(nèi)容應當包括靈敏度分析、靜態(tài)安全分析、計劃潮流、靜態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、短路電流分析等，并根據(jù)各個應用的實際需求選擇相應的計算內(nèi)容，而安全校核的工作人員，包括方式安排人員、調(diào)度運行人員、計劃編制人員[3]。安全校核服務應當能夠滿足同時為多個需求提供計算服務的要求，在智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)當中，所采用的服務總線主要是以 SOA 開放式體系架構(gòu)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)交換所需要的底層信息進行屏蔽，而在傳輸支持當中支持應用請求信息以及響應結(jié)果信息的安全傳輸。由于安全校核時間較長，并且采用的是訂閱發(fā)布式服務模式，所以客戶端在向服務總線訂閱所需要的服務時，服務端才能夠?qū)⒖蛻舳怂嗛喌南鄳者f交給服務總線，并由服務總線對所有訂閱該服務的客戶端進行傳輸和安全校核服務。在進行信息交互工作時則以接口函數(shù)的形式完成，能夠滿足各個應用功能對安全校核服務所提出的定位監(jiān)控查詢等功能性要求，而安全校核服務主要包括服務消費者、服務提供者、服務總線等。

表1 安全校核的計算需求

2.4 基于FCL 的短路電流控制技術(shù)

隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)的互聯(lián)性不斷加強，短路電流控制已經(jīng)成為當前電力調(diào)度運行部門以及電網(wǎng)規(guī)劃部門所需要重點關注的問題。在傳統(tǒng)電網(wǎng)運行工作當中，故障電流限制技術(shù)主要是從設備性能、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)運行方式3 個方面入手解決短路電流問題。這些手段不可避免地會對電網(wǎng)正常運行方式的運行特性產(chǎn)生影響，甚至還會增加電網(wǎng)運行過程當中產(chǎn)生的投資資金。要想調(diào)整整體的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對短路電流水平進行控制，所產(chǎn)生的費用相對比較昂貴。比如采用改變電網(wǎng)系統(tǒng)運行方式的手段對短路電流進行控制，會增加電站的投資，甚至也會使得原本就比較復雜的電站布置和出線走廊更加復雜。此外，這種改變系統(tǒng)運行方式的手段容易造成整體電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性[4]。同時采用高阻抗設備也會導致電網(wǎng)系統(tǒng)的整體網(wǎng)損增加，并降低電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。利用故障電流限制器也就是FCL 的短路電流控制技術(shù)能夠有效保證在系統(tǒng)沒有產(chǎn)生任何故障且處于正常運行狀態(tài)時，F(xiàn)CL 呈現(xiàn)零阻抗或是低阻抗的狀態(tài)。在系統(tǒng)產(chǎn)生短路故障時，增大故障電流限制器的阻抗，因此，這種手段幾乎不會對電網(wǎng)的正常運行方式的運行特性產(chǎn)生影響。目前，這種FCL 的短路電流控制技術(shù)已經(jīng)在華東電網(wǎng)系統(tǒng)當中獲得了全面的應用。

2.5 電網(wǎng)經(jīng)濟運行與優(yōu)化技術(shù)

在智能電網(wǎng)運行工作當中，電網(wǎng)的經(jīng)濟運行以及優(yōu)化是當前智能電網(wǎng)運行管理者所關注的關鍵問題，同時也是建設智能電網(wǎng)的必要需求。第一，在確定電力系統(tǒng)元件經(jīng)濟運行點的工作當中，首先要確定電力系統(tǒng)的輸變電元件，比如變壓器和輸電線路。要想實現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟運行必須要先確定這些軟件在運行工作當中的經(jīng)濟運行點，在確定其經(jīng)濟運行點時，不僅要考慮到這些設備自身所帶有的物理性經(jīng)濟運行點，還要考慮到其在智能電網(wǎng)運行工作當中的經(jīng)濟運行點，以及實際投資和運行過程當中所產(chǎn)生的費用的經(jīng)濟運行點[5]。因此需要對輸電線路、異步電動機以及變壓器的經(jīng)濟運行指標進行聯(lián)合和統(tǒng)一，可以采用經(jīng)濟負載系數(shù)對輸電線路異步電動機和變壓器進行判斷和選擇，這也是目前實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟運行的最根本依據(jù)。第二，在對AGC 進行經(jīng)濟調(diào)控工作當中，由于目前AGC 調(diào)控工作是根據(jù)發(fā)電機的本身物理特性進行調(diào)控的，但是隨著智能電網(wǎng)建設工作的不斷推進，AGC 要想實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)控，就需要在電網(wǎng)出現(xiàn)功率波動的情況時優(yōu)先調(diào)節(jié)上網(wǎng)電價較低的發(fā)電機組，進而實現(xiàn)AGC 的經(jīng)濟調(diào)控。第三，在對AVC 進行經(jīng)濟調(diào)控時，由于其無功優(yōu)化的收斂性問題導致AVC 無法在實際電網(wǎng)中進行在線應用，當前有很多電網(wǎng)公司通過自動電壓控制的方式對電壓進行管理，同時也提高了電網(wǎng)整體運行過程當中的經(jīng)濟水平。而AVC則采用了無功優(yōu)化的方式，將電網(wǎng)分層分區(qū)之間的無功流動最小數(shù)值作為目標函數(shù)，對電網(wǎng)發(fā)電機的無功和變壓器有載分接頭進行調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對電力系統(tǒng)當中電網(wǎng)電壓進行合格約束，繼而實現(xiàn)電網(wǎng)運行整體的經(jīng)濟性。

3.結(jié)語

隨著當代電力技術(shù)的不斷發(fā)展，對智能電網(wǎng)調(diào)度運行技術(shù)也提出了更高的要求，有關智能電網(wǎng)調(diào)度運行所需要的關鍵技術(shù)的研究也不斷豐富。但是隨著研究成果的不斷豐富，智能電網(wǎng)調(diào)度運行工作當中，其技術(shù)問題也逐漸凸顯出來，要想確保電力系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運行，就必須要針對當前已經(jīng)暴露出來的技術(shù)問題進行改進，促進智能電網(wǎng)調(diào)度運行工作能夠持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。