分析運行特性,全局防控運行風(fēng)險.應(yīng)用功能的著眼點不再局限于本地電網(wǎng),外部電網(wǎng)的任何變動只要對本地電網(wǎng)有影響都能捕捉到,從而實現(xiàn)大電網(wǎng)的一體化調(diào)控運行.在新能源廣泛接入、大電網(wǎng)互聯(lián)和市場放開環(huán)境下,電網(wǎng)運行特征呈現(xiàn)更多的開放性、不確定性和普遍關(guān)聯(lián)性,以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的人工智能將作為現(xiàn)有應(yīng)用功能的重要補充,在調(diào)控系統(tǒng)中發(fā)揮重要的支撐作用.

調(diào)控系統(tǒng)需要對不同時間尺度的交易結(jié)果進(jìn)行安全校核,保證市場化運作情況下電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行.現(xiàn)貨市場的交易結(jié)果對電網(wǎng)調(diào)度的影響非常大,未來調(diào)控系統(tǒng)需要完善現(xiàn)貨市場技術(shù)支撐功能,并實現(xiàn)與多級調(diào)度計劃聯(lián)動協(xié)同.

1.2 應(yīng)用功能的快速性

面向電網(wǎng)全模型和全數(shù)據(jù)的應(yīng)用功能計算量將會大幅增加,對調(diào)控系統(tǒng)的運行速度產(chǎn)生極大影響.為了滿足系統(tǒng)實時運行的要求,應(yīng)用功能在數(shù)據(jù)獲取、分析計算和電網(wǎng)響應(yīng)等方面均面臨更高的快速性挑戰(zhàn).

1.2.1 獲取快

當(dāng)前調(diào)控中心通過規(guī)約以點對點的方式獲取本地電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù),通過轉(zhuǎn)發(fā)方式獲取其他電網(wǎng)的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)獲取速度受限.快速獲取電網(wǎng)模型和運行數(shù)據(jù)是保證應(yīng)用功能在線運行的基本前提.電網(wǎng)統(tǒng)一模型一旦發(fā)生任何更新,應(yīng)用功能都要能快速感知、獲取最新的模型.未來調(diào)控系統(tǒng)對全網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一分析決策,需要無差別地快速獲取本地及其他區(qū)域的全電網(wǎng)運行數(shù)據(jù),實現(xiàn)電網(wǎng)實時信息的廣域同步感知和同景展示,支持全網(wǎng)分析決策.大數(shù)據(jù)挖掘分析功能需快速獲取分布存儲在不同地點的多種類型的海量歷史數(shù)據(jù),提高用戶體驗.

1.2.2 計算快

當(dāng)前調(diào)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析和在線穩(wěn)定分析等應(yīng)用功能的計算范圍以調(diào)度管轄范圍為主,很少考慮新能源出力的不確定性,計算速度基本滿足了在線應(yīng)用要求.

電力系統(tǒng)分析的計算量通常以電網(wǎng)節(jié)點數(shù)的平方為比例增長,因此一體化大電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分析和在線穩(wěn)定分析,與以往針對局部電網(wǎng)的分析相比,計算量將會成百上千倍地增加,嚴(yán)重影響了計算速度.新能源出力不確定性則是調(diào)度計劃編制和在線穩(wěn)定分析重點關(guān)心的內(nèi)容,考慮不確定性的計算量遠(yuǎn)超常規(guī)的分析計算,它們的計算速度成為在線應(yīng)用成功與否的決定性因素.因此,只有采取各種有效措施,成指數(shù)倍地提高計算速度,各項應(yīng)用功能才有可能在大電網(wǎng)一體化分析決策中發(fā)揮作用.

1.2.3 響應(yīng)快

當(dāng)前在電網(wǎng)發(fā)生故障后按照一定的預(yù)案和控制要求去處理事故,對一些跨區(qū)域故障還需要多個調(diào)度機構(gòu)分頭處理,延緩了故障處置速度,并有可能造成嚴(yán)重的連鎖故障.

未來調(diào)控系統(tǒng)對多個變電站(發(fā)電廠)、多級調(diào)控中心同時開展基于大數(shù)據(jù)的故障診斷,變電站(發(fā)電廠)不再是簡單上傳原始動作信息,而是上送經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘分析后的故障診斷結(jié)果,提高主子站廣域故障診斷和統(tǒng)一處理速度,并根據(jù)需要上送帶時標(biāo)的量測數(shù)據(jù).對于涉及多個區(qū)域的嚴(yán)重故障,根據(jù)未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)提供的診斷結(jié)果和應(yīng)對措施,多個調(diào)控中心同時采取控制手段,大幅提高故障處置速度.電網(wǎng)及外部環(huán)境任何的變化預(yù)兆都能第一時間反映給調(diào)控人員,通過大電網(wǎng)一體化在線安全風(fēng)險評估、預(yù)警和協(xié)調(diào)控制,實現(xiàn)對電網(wǎng)運行的快速響應(yīng),將人工觸發(fā)計算提升到場景自動響應(yīng).調(diào)控系統(tǒng)通過對運行風(fēng)險的預(yù)想、預(yù)判和預(yù)控,將電網(wǎng)被動調(diào)度提升為主動調(diào)度,從根本上實現(xiàn)電網(wǎng)安全防控的快速響應(yīng).

1.3 應(yīng)用功能的準(zhǔn)確性

電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)已經(jīng)成為大電網(wǎng)調(diào)度須臾不可或缺的主要技術(shù)手段,應(yīng)用功能的準(zhǔn)確性將直接關(guān)系到電網(wǎng)運行的安全與否,未來調(diào)控系統(tǒng)需要進(jìn)一步提升應(yīng)用功能在信息、決策和控制等方面的準(zhǔn)確性.

1.3.1 信息準(zhǔn)

確保模型信息和數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確,更多地要靠管理工作到位,但技術(shù)手段也可以發(fā)揮一定的作用.當(dāng)前建模方法受調(diào)控中心調(diào)管范圍限制,模型準(zhǔn)確性不能得到充分保證.通過全網(wǎng)統(tǒng)一建模省去了拼接或等值中間環(huán)節(jié),提高了未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)一次模型和二次模型的準(zhǔn)確性,為全局分析計算應(yīng)用提供一致、準(zhǔn)確、可靠的電網(wǎng)模型.除了PMU 數(shù)據(jù)外,當(dāng)前調(diào)控中心采集的穩(wěn)態(tài)量測數(shù)據(jù)不帶時標(biāo),數(shù)據(jù)在不同調(diào)控中心之間的轉(zhuǎn)發(fā)降低了數(shù)據(jù)的實時性,事實上影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.未來調(diào)控系統(tǒng)通過全網(wǎng)數(shù)據(jù)直接采集,避免大量數(shù)據(jù)的頻繁轉(zhuǎn)發(fā),消除量測延時對實時數(shù)據(jù)斷面的影響,為電網(wǎng)在線分析決策提供準(zhǔn)確的運行斷面.

當(dāng)前新能源出力預(yù)測準(zhǔn)確度偏低的狀況影響了新能源消納.通過全方位采集外部氣象環(huán)境數(shù)據(jù),并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘新能源出力與各項因素的關(guān)聯(lián)性,不斷提高新能源預(yù)測的準(zhǔn)確性,有助于在保證電網(wǎng)運行安全性和經(jīng)濟(jì)性的前提下,提高新能源消納水平.

1.3.2 決策準(zhǔn)

當(dāng)前調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度管轄的電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算,在此基礎(chǔ)上對計算結(jié)果進(jìn)行上下級協(xié)調(diào).決策結(jié)果的準(zhǔn)確性受到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)模型和數(shù)據(jù)的制約,不同調(diào)控中心的決策結(jié)果可能相互影響,甚至存在矛盾的現(xiàn)象.未來調(diào)控系統(tǒng)在全網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)一致的基礎(chǔ)上,根據(jù)安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等不同運行目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一分析計算,既可以應(yīng)對全網(wǎng)性的分析決策要求,也可在全網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上應(yīng)對局部性需求,分析決策結(jié)果的準(zhǔn)確性得到充分保證,面向全網(wǎng)的決策結(jié)果自然適應(yīng)于各個調(diào)控中心.

1.3.3 控制準(zhǔn)

當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)按調(diào)度機構(gòu)獨立建設(shè)和運行,系統(tǒng)相對比較簡單,分析決策和控制執(zhí)行功能集中在一起,客觀上保證了操作控制的準(zhǔn)確性.決策準(zhǔn)需要面向全網(wǎng)進(jìn)行復(fù)雜的分析計算,而控制準(zhǔn)只需要針對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)執(zhí)行簡單可靠的操作指令.未來調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)決策和控制的不同特點,將這兩個功能有效解耦,實時性強的控制類功能面向當(dāng)?shù)?分析決策優(yōu)化類功能面向全網(wǎng),在克服以往調(diào)控系統(tǒng)決策不夠精準(zhǔn)的同時,繼續(xù)保持了控制準(zhǔn)的特點.

未來調(diào)控系統(tǒng)支持分區(qū)電網(wǎng)實時響應(yīng)全網(wǎng)分析決策指令,實現(xiàn)設(shè)備的就地控制,保證本地控制功能的準(zhǔn)確性、響應(yīng)快速性和操作安全性.采用運行風(fēng)險分析及前瞻預(yù)警,將事前主動防控和事后緊急控制有機結(jié)合,以進(jìn)一步提高控制的準(zhǔn)確性.

2 支撐全、快、準(zhǔn)應(yīng)用功能的核心技術(shù)要素

兼具全局、快速和準(zhǔn)確特征的應(yīng)用功能需要調(diào)控系統(tǒng)平臺提供強有力的支撐,大量先進(jìn)成熟的計算機信息通信技術(shù)對此提供了技術(shù)保障.應(yīng)用功能的全局化帶來了計算量的激增,過程快速和結(jié)果準(zhǔn)確是應(yīng)用功能在線應(yīng)用的根本保證.為了達(dá)到這一目標(biāo),需要尋求新的解決思路.數(shù)據(jù)透明訪問技術(shù)可以改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式,提高數(shù)據(jù)獲取的實時性和便捷性.分析決策中心能夠集中計算資源,為各級調(diào)控中心提供統(tǒng)一的計算服務(wù),保證結(jié)果的一致性,而并行計算則可大幅提高分析決策中心的計算速度.大數(shù)據(jù)和人工智能已在多個行業(yè)得到成功應(yīng)用,它們同樣可以為未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)一些新的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供又快又準(zhǔn)的解決方案.

2.1 數(shù)據(jù)透明訪問

通過多級轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的方法,難以保證數(shù)據(jù)的實時性.電力系統(tǒng)通用服務(wù)協(xié)議[11]采用面向?qū)ο蠛兔嫦蚍?wù)的方法,建立了靈活、高效、通用的數(shù)據(jù)通信機制,適應(yīng)于調(diào)度控制中心、發(fā)電廠(場)、變電站內(nèi)部及相互間的數(shù)據(jù)交換.將連接在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上的所有廠站和調(diào)控中心的數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡(luò)化,構(gòu)建各業(yè)務(wù)通用的服務(wù)化表達(dá)規(guī)則.只要權(quán)限允許,任何用戶都可以通過訪問服務(wù)自由獲取網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù),實現(xiàn)任意數(shù)據(jù)的透明訪問.數(shù)據(jù)透明訪問突破了主子站通信完全依賴規(guī)點對點傳輸?shù)钠款i,建立了跨業(yè)務(wù)的通用實時數(shù)據(jù)傳輸機制,將極大地提高數(shù)據(jù)訪問的實時性和便捷性.數(shù)據(jù)透明訪問需要開放大量網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限,加大了網(wǎng)絡(luò)安全運行風(fēng)險,需要建立以安全認(rèn)證、授權(quán)管理為基礎(chǔ),以安全監(jiān)控、安全審計為輔助的立體安全防御體系,滿足未來調(diào)控系統(tǒng)一體化集中安全管控的要求.

2.2 分析決策中心

未來調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用功能具備全、快、準(zhǔn)特征,要求每個調(diào)控中心利用相同的全網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策,不同調(diào)控中心之間針對同一問題的計算結(jié)果一致.這樣,可以將原本分散于各個調(diào)控中心的計算資源集中到一起,建設(shè)統(tǒng)一的分析決策中心,分析決策中心面向所有調(diào)控中心提供統(tǒng)一的分析服務(wù),在降低建設(shè)成本的同時大幅提高系統(tǒng)的計算服務(wù)能力[12].不同于以往每個調(diào)控中心獨立建設(shè)調(diào)控系統(tǒng)的全部功能,未來調(diào)控系統(tǒng)采取監(jiān)視控制分布、分析決策集中的應(yīng)用部署模式.根據(jù)應(yīng)用功能特點,數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制等只依賴本地局部電網(wǎng)的應(yīng)用功能繼續(xù)部署在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng),將網(wǎng)絡(luò)分析、調(diào)度計劃和穩(wěn)定分析等與全網(wǎng)緊密相關(guān)的應(yīng)用功能統(tǒng)一部署在分析決策中心(見圖1).

圖1未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用部署模式

在不同地方部署兩個或更多功能相同的分析決策中心并同時對外提供服務(wù),可以提高系統(tǒng)的可靠性.通過中心之間的雙活或多活技術(shù),分析決策中心的模型、數(shù)據(jù)時刻保持同步,正常情況下分析決策中心可以就近或按照負(fù)載均衡策略對外提供分析決策服務(wù),任意一個分析決策中心故障可由其他分析決策中心快速接管