“作戰(zhàn)地圖”再升級

—南瑞成功研發(fā)國際首套應(yīng)對自然災(zāi)害的電網(wǎng)防御系統(tǒng)

記者 汪駿原

 

       電力系統(tǒng)的“作戰(zhàn)地圖”（WARMAP）大家并不陌生，這套由中國工程院院士薛禹勝領(lǐng)銜研發(fā)的用于綜合防御偶然故障演化為電力災(zāi)難的系統(tǒng)，大幅度提高了電網(wǎng)應(yīng)對復(fù)雜故障、防止災(zāi)難性事故的預(yù)警能力和協(xié)調(diào)控制能力，已應(yīng)用在我國大部分區(qū)域電網(wǎng)和省級電網(wǎng)。如今，“作戰(zhàn)地圖”應(yīng)對極端外部災(zāi)害的能力又有了更大提升。經(jīng)過兩年多的合作，南瑞集團(tuán)與江西電網(wǎng)共同構(gòu)建了國際上首套能自適應(yīng)外部環(huán)境的電網(wǎng)安全穩(wěn)定智能防御系統(tǒng)，并于2011年3月投入運行。

       系統(tǒng)運行一年多以來，江西省電力公司的調(diào)度員楊峰深有感觸：“作戰(zhàn)地圖”采集的信息更廣、分析預(yù)警和輔助決策的能力更強。

       系統(tǒng)前所未有地將外部自然環(huán)境納入監(jiān)視范圍，使電網(wǎng)的“千里眼”具備了更廣的視野，最重要的是，“大腦”也變得更加智能：系統(tǒng)能夠根據(jù)自然災(zāi)害的信息預(yù)測設(shè)備故障概率，將預(yù)警目標(biāo)從單故障風(fēng)險擴展到群發(fā)故障風(fēng)險，并在極端惡劣的環(huán)境下為調(diào)度決策提供支持。

       江西自然災(zāi)害多發(fā)，冰災(zāi)、雷電、臺風(fēng)等極端外部災(zāi)害給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來越來越嚴(yán)峻的考驗，顯著增加了掌控電網(wǎng)運行的難度。2008年1月, 50年未遇的雨雪冰凍惡劣天氣使江西電網(wǎng)受災(zāi)面積超過80%，遭遇有史以來最嚴(yán)重的破壞。因此，構(gòu)建能應(yīng)對極端外部災(zāi)害的自適應(yīng)外部環(huán)境狀況的電網(wǎng)安全穩(wěn)定防御體系，成為江西電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的當(dāng)務(wù)之急。

       早在2007年，南瑞已經(jīng)提出了極端外部災(zāi)害中的停電防御系統(tǒng)構(gòu)想，迫切希望加快WARMAP深化應(yīng)用研發(fā)的步伐。雙方一拍即合。2009年，自適應(yīng)外部環(huán)境的電網(wǎng)安全穩(wěn)定智能防御系統(tǒng)的合作研發(fā)展開。

       采集信息：“知己”更“知彼”

       戰(zhàn)爭中知己知彼才能百戰(zhàn)不殆。“圍繞電網(wǎng)災(zāi)害這個‘假想敵’，我們不僅需要監(jiān)控來自電力系統(tǒng)內(nèi)部的故障和風(fēng)險，做到‘知己’，更要把外部自然環(huán)境的變化納入信息采集范圍，在“知彼”的基礎(chǔ)上有針對性地分析“敵情”，并作出連鎖的預(yù)判，為快速、正確分析和應(yīng)對電網(wǎng)故障創(chuàng)造條件。”南瑞電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)分公司的項目負(fù)責(zé)人王昊昊說。

      “以前遇到臺風(fēng)或雷電等惡劣天氣，我們都很緊張。因為只能看到線路和設(shè)備的狀態(tài)，不了解外部自然環(huán)境的變化。現(xiàn)在通過可視化界面，天氣情況、落雷區(qū)域、臺風(fēng)路徑都一眼就看到，心里更有底了。”江西電力公司的楊峰說。

       王昊昊告訴我們，系統(tǒng)最大的特點之一，就在于采集與可視化的范圍從電力系統(tǒng)內(nèi)部擴大到自然環(huán)境。臺風(fēng)、雷電、覆冰、山火……這些自然環(huán)境的變化都納入了監(jiān)視范圍。

       他打開了系統(tǒng)的可視化界面：“這是今年3月3日16：11分的系統(tǒng)圖，在這片密集的落雷區(qū)域中間，顯示出雷電故障風(fēng)險較高的設(shè)備和廠站，并清晰地標(biāo)明了它們所在的經(jīng)、緯度。”把雷電定位系統(tǒng)采集的實時落雷信息接入安全穩(wěn)定系統(tǒng)，并采用了智能可視化展現(xiàn)技術(shù)，調(diào)度人員坐在電腦前就能夠看到落雷狀況、落雷區(qū)域的線路、桿塔情況。除了雷電定位系統(tǒng)之外，氣象信息、覆冰監(jiān)測信息、電力設(shè)備設(shè)計參數(shù)和地理信息也接入了調(diào)度支持系統(tǒng)，并實現(xiàn)了與電網(wǎng)模型和實時工況的有機關(guān)聯(lián)。

 

       分析預(yù)警：繪制“進(jìn)攻路線圖”

       監(jiān)視外部環(huán)境還只是第一步，第二步就是要自動識別電網(wǎng)運行狀態(tài)與外部環(huán)境的關(guān)聯(lián)性，對外部環(huán)境變化可能引發(fā)的故障概率進(jìn)行在線評估，形成預(yù)想故障集，對概率大的故障進(jìn)行分析預(yù)警。

      “如果不考慮外部環(huán)境因素，我們通常假設(shè)電網(wǎng)中所有設(shè)備出現(xiàn)故障的概率都是相同，在出現(xiàn)其中某一故障的情況下，系統(tǒng)能夠自動計算可能帶來的安全穩(wěn)定問題并給出控制建議。但第二個故障、第三個故障會在哪里發(fā)生？憑經(jīng)驗幾乎不可能預(yù)判和計算。考慮外部環(huán)境后，處于惡劣自然環(huán)境中的設(shè)備具有更高的故障概率，就可以把概率較大的故障案例自動增加到預(yù)想故障集，進(jìn)行安全穩(wěn)定的評估，并進(jìn)行多種故障狀況情況的連鎖分析，再通過系統(tǒng)的仿真計算，進(jìn)行安全穩(wěn)定輔助決策分析。”王昊昊說。

       對于調(diào)度預(yù)案中沒有考慮到的臺風(fēng)、雷電、山火和覆冰等惡劣自然環(huán)境可能引起的電網(wǎng)多重故障，進(jìn)行安全穩(wěn)定分析以及連鎖故障風(fēng)險評估，能夠極大提升調(diào)度運行人員在災(zāi)害環(huán)境下確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的能力。這實際上相當(dāng)于在敵人進(jìn)攻前，就提前獲知了他們將可能從哪幾個方向進(jìn)攻，兵力狀況，行進(jìn)速度，分析出幾種可能的進(jìn)攻路線，從而幫助調(diào)度人員提前制定好最優(yōu)化的“作戰(zhàn)方案”，進(jìn)一步前移電網(wǎng)風(fēng)險防御的防線。

       輔助決策：提前制定“作戰(zhàn)方案”

       根據(jù)安全穩(wěn)定評估結(jié)果或連鎖故障的演化路徑、可能后果的仿真計算，系統(tǒng)將給出最優(yōu)化的輔助決策建議。

       江西電網(wǎng)部分線路經(jīng)過山火多發(fā)地區(qū)，山火導(dǎo)致的故障對電網(wǎng)安全運行構(gòu)成了較大威脅。“比如2011年的某一天，智能防御系統(tǒng)預(yù)警山火引起220kV嘉金線及燕金線故障概率為0.036，系統(tǒng)根據(jù)分析的山火引發(fā)故障概率情況，自動在預(yù)想故障集中增加嘉金線與燕金線同時故障的案例，并進(jìn)行安全穩(wěn)定性的評估。”王昊昊指著系統(tǒng)界面解說道。系統(tǒng)顯示，即使出現(xiàn)嘉金線和燕金線同時故障的情況，安全穩(wěn)定的裕度仍然可以保持 28.7%，不需要采取控制措施。“這相當(dāng)于‘小分隊’的襲擊，不用太緊張。”王昊昊說。

      “如果預(yù)計到多股兵力壓境，發(fā)生較為嚴(yán)重的群發(fā)性故障的概率較高，系統(tǒng)的輔助決策功能就會進(jìn)一步發(fā)揮作用。比如給出調(diào)整機組出力的方案，調(diào)整負(fù)荷的方案，以代價最小的方式來控制若干種可能的故障模式。在極端自然災(zāi)害的情況下，甚至可能建議采取非常規(guī)的控制措施。比如主動把電網(wǎng)解列為幾個獨立運行的孤網(wǎng)。萬一打不過，還要最大限度地保存革命實力。”王昊昊笑著說。

       即使在孤網(wǎng)狀態(tài)下，系統(tǒng)仍然可以監(jiān)視每個孤網(wǎng)中電站出力、負(fù)荷等運行狀態(tài)，為調(diào)度決策提供支持。

       除了有效避免電網(wǎng)安全事故外，系統(tǒng)還能為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行提供技術(shù)支撐。系統(tǒng)的可視化界面能直觀地顯示災(zāi)害造成的風(fēng)險設(shè)備和安全穩(wěn)定評估結(jié)果，便于調(diào)度人員及時、準(zhǔn)確地把握電網(wǎng)運行狀態(tài)、相關(guān)的自然環(huán)境情況和電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，對輸電功率極限進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。系統(tǒng)應(yīng)用一年多以來，提高了高峰時段的輸電能力約10%，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益5.89億元。項目取得的科技創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)成果也同樣令人矚目，目前已申請國際發(fā)明專利1項，國內(nèi)發(fā)明專利5項。