隨著特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)、新能源的發(fā)展,以及電力市場(chǎng)改革的深化,中國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行特性發(fā)生了深刻的變化,進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)調(diào)度控制能力提出了更高的要求.根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度控制運(yùn)行的業(yè)務(wù)特點(diǎn),未來調(diào)度控制系統(tǒng)應(yīng)采取分布和集中相結(jié)合的應(yīng)用功能部署模式.概述了未來電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)應(yīng)用功能的三大新特征,即全局、快速、準(zhǔn)確,分析了實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用功能新特征的技術(shù)要素,并指出了在模型、數(shù)據(jù)和管理等方面亟需開展的基礎(chǔ)工作。

0 引言

特高壓交直流互聯(lián)大電網(wǎng)的建設(shè),提升了大范圍資源優(yōu)化配置的能力,也使得各級(jí)電網(wǎng)間耦合更加緊密,局部故障可能會(huì)影響到全局,電網(wǎng)安全管控面臨巨大挑戰(zhàn),需要對(duì)大電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)視和風(fēng)險(xiǎn)控制[1].中國(guó)新能源發(fā)展迅速,“十三五”末將達(dá)到320GW 以上[2],而新能源富集區(qū)棄風(fēng)棄光嚴(yán)重,需要在線優(yōu)化全網(wǎng)運(yùn)行方式,實(shí)現(xiàn)在全網(wǎng)更大范圍內(nèi)消納新能源[3-4].直流輸電和新能源發(fā)電引入了大量電力電子設(shè)備,電網(wǎng)電力電子化特征凸顯,穩(wěn)定形態(tài)更加復(fù)雜,需要進(jìn)一步提升大電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行在線分析和風(fēng)險(xiǎn)防范能力,提供全網(wǎng)一體化的輔助決策,保障大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行.電力市場(chǎng)化的推進(jìn)和監(jiān)管的強(qiáng)化,電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化運(yùn)作將十分重要,調(diào)度機(jī)構(gòu)將面臨保障電網(wǎng)安全運(yùn)行和市場(chǎng)有序運(yùn)作的雙重壓力,電網(wǎng)調(diào)度控制(簡(jiǎn)稱調(diào)控)系統(tǒng)迫切需要強(qiáng)化對(duì)市場(chǎng)交易系統(tǒng)的功能支撐,保證市場(chǎng)化運(yùn)作情況下的公平公正和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定.

目前電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)都是按調(diào)度機(jī)構(gòu)獨(dú)立建設(shè)和運(yùn)行,雖然電網(wǎng)是互聯(lián)的,但調(diào)控系統(tǒng)之間卻是煙囪型的,難以及時(shí)獲取管轄區(qū)域外的電網(wǎng)信息,電網(wǎng)態(tài)勢(shì)分析和安全防控大部分局限在所管轄電網(wǎng).這種一個(gè)調(diào)控機(jī)構(gòu)建設(shè)一套調(diào)控系統(tǒng)的技術(shù)體系已經(jīng)難以支撐大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的需求,必須針對(duì)變化了的電網(wǎng)特性,按照“一個(gè)互聯(lián)大電網(wǎng),邏輯上一套大系統(tǒng)”的理念,建設(shè)面向全網(wǎng)一體化運(yùn)行的電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng),全面提升大電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)支撐水平和能力.

全網(wǎng)一體化運(yùn)行的未來調(diào)控系統(tǒng)具有鮮明的新內(nèi)涵,它將當(dāng)前實(shí)時(shí)信息的局部監(jiān)控和信息共享方式提升到全局監(jiān)控和需則可用模式,將電網(wǎng)運(yùn)行特性的局部分析和多級(jí)協(xié)調(diào)方式提升到全局分析模式,將電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的局部防控和區(qū)域協(xié)調(diào)方式提升到全局防控模式,將發(fā)電計(jì)劃多級(jí)協(xié)調(diào)方式提升到市場(chǎng)化調(diào)度模式,以適應(yīng)互聯(lián)大電網(wǎng)安全運(yùn)行和市場(chǎng)化運(yùn)作的迫切需求.

未來調(diào)控系統(tǒng)需要在架構(gòu)上有重大變化,但其支撐能力的最終體現(xiàn)還存在于系統(tǒng)的應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn).應(yīng)用功能除針對(duì)所轄電網(wǎng)外,更需要從全局角度處理全網(wǎng)面臨的問題,可以適應(yīng)故障預(yù)判、故障處置、控制措施、新能源消納、備用支援等全局性要求,應(yīng)用功能的效果是全局的,所得到的結(jié)果不再局限于本網(wǎng).只有在全網(wǎng)模型基礎(chǔ)上及時(shí)利用全網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策,才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能全局化的目標(biāo).模型的擴(kuò)大增加了計(jì)算量,給系統(tǒng)的處理速度帶來了挑戰(zhàn),需要應(yīng)用功能在數(shù)據(jù)獲取、計(jì)算分析和電網(wǎng)響應(yīng)等方面足夠快速,以適應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的需要.新增的功能和數(shù)據(jù)加大了計(jì)算的復(fù)雜性,給系統(tǒng)的準(zhǔn)確性帶來了挑戰(zhàn),需要應(yīng)用功能保證信息、決策和控制等方面足夠準(zhǔn)確,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行.未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用功能的最主要特征可以概括為:“全局、快速、準(zhǔn)確(簡(jiǎn)稱全、快、準(zhǔn))”.快速和準(zhǔn)確是以往調(diào)控系統(tǒng)一直追求的目標(biāo),全局則是未來調(diào)控系統(tǒng)必須具備的新特征,由此也對(duì)快速和準(zhǔn)確提出了更高要求.

電網(wǎng)從單個(gè)小電網(wǎng)、小范圍互聯(lián)、弱互聯(lián)電網(wǎng)逐步發(fā)展成當(dāng)今的強(qiáng)耦合互聯(lián)電網(wǎng),廣大學(xué)者在此進(jìn)程中對(duì)調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究[5G10].以往電網(wǎng)聯(lián)系相對(duì)松散,不同電網(wǎng)相互之間的影響較小,按照網(wǎng)省平衡開展調(diào)度業(yè)務(wù),調(diào)控系統(tǒng)面向調(diào)度機(jī)構(gòu)獨(dú)立建設(shè)和運(yùn)行的模式基本滿足了電網(wǎng)運(yùn)行的需求,調(diào)控系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單,應(yīng)用功能沒有全局化需求,快速和準(zhǔn)確是主要要求.另外,受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)信息通信技術(shù)的限制,技術(shù)上亦難以建設(shè)全網(wǎng)一體化調(diào)控系統(tǒng).

未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)需要按照“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的總原則[8],構(gòu)建監(jiān)視控制分布、分析決策集中的新型調(diào)控技術(shù)體系,在全網(wǎng)統(tǒng)一的模型基礎(chǔ)上,由全網(wǎng)分析決策中心實(shí)現(xiàn)面向全網(wǎng)的應(yīng)用功能.本文總結(jié)了未來調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用功能全局、快速、準(zhǔn)確的新特征,分析了支撐應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)要素,并指出了在模型、數(shù)據(jù)和管理等方面亟需開展的基礎(chǔ)工作.

1 應(yīng)用功能的全、快、準(zhǔn)特征

應(yīng)用功能是調(diào)控系統(tǒng)最重要的組成部分,為各項(xiàng)調(diào)控業(yè)務(wù)提供最直接的支撐.應(yīng)用功能只有具備了全局、快速和準(zhǔn)確的特征,才能滿足一體化電網(wǎng)在線調(diào)控的要求,實(shí)現(xiàn)調(diào)控系統(tǒng)支撐能力的本質(zhì)提升.

1.1 應(yīng)用功能的全局性

應(yīng)用功能的全局性是未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)區(qū)別于以往調(diào)控系統(tǒng)最鮮明的特征,需要夯實(shí)全網(wǎng)模型和全網(wǎng)數(shù)據(jù)等全局化基礎(chǔ),對(duì)應(yīng)用功能以全局視野進(jìn)行升級(jí)改造,從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控系統(tǒng)由應(yīng)對(duì)局部到管控全局的跨越.

1.1.1 模型全

傳統(tǒng)調(diào)控系統(tǒng)只對(duì)所管轄的電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行建模,建模內(nèi)容集中在電網(wǎng)一次設(shè)備的物理屬性范疇,二次設(shè)備缺乏規(guī)范的建模方法.目前盡管國(guó)/分調(diào)對(duì)省調(diào)模型進(jìn)行拼接可以得到相對(duì)完整的模型,但省調(diào)在處理外部網(wǎng)絡(luò)時(shí)還經(jīng)常采用網(wǎng)絡(luò)等值.網(wǎng)絡(luò)等值相對(duì)比較簡(jiǎn)單,對(duì)電網(wǎng)分析計(jì)算結(jié)果的影響較大,模型拼接則有設(shè)備重復(fù)建模、過程復(fù)雜和實(shí)時(shí)性差等不足.

全面完整的電力系統(tǒng)模型是調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用功能的基礎(chǔ),需要根據(jù)全網(wǎng)一體化調(diào)控的需要,將電網(wǎng)模型由以往各個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)各自構(gòu)建過渡到統(tǒng)一建模,摒棄網(wǎng)絡(luò)等值做法,省略模型拼接環(huán)節(jié),簡(jiǎn)化建模流程,克服網(wǎng)絡(luò)等值和模型拼接的弊病,并從一次到二次、從電網(wǎng)到環(huán)境等全方位建模,實(shí)現(xiàn)“一個(gè)電網(wǎng)、一套模型”的建設(shè)目標(biāo).電力系統(tǒng)二次設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行發(fā)揮著越來越重要的作用,與調(diào)控業(yè)務(wù)密切相關(guān)的繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置和系統(tǒng)保護(hù)等二次設(shè)備需要規(guī)范建模,并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)與一次設(shè)備的相互關(guān)聯(lián).

特高壓線路遠(yuǎn)距離輸送大功率,對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要,而線路可能跨越多個(gè)氣候區(qū),運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變,需要將線路桿塔、電站等設(shè)備的地理屬性納入建模范圍,方便將輸電通道沿線的局部氣象環(huán)境與線路有效關(guān)聯(lián),提升精細(xì)化運(yùn)行水平.電網(wǎng)建設(shè)過程中有新設(shè)備投役,也有老設(shè)備的退役或者改接等,設(shè)備模型需要反映其時(shí)間特性,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全生命周期管理,以便精準(zhǔn)地反演電網(wǎng)以往的運(yùn)行過程,提前模擬電網(wǎng)未來的運(yùn)行特性.

設(shè)備模型的物理屬性主要用于電網(wǎng)的安全分析,發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等設(shè)備的經(jīng)濟(jì)屬性則是市場(chǎng)交易不可或缺的內(nèi)容,兩者需要統(tǒng)一建模,以解決市場(chǎng)化調(diào)度的模型需求,適應(yīng)中國(guó)不斷推進(jìn)的電力市場(chǎng)改革需要.柔性負(fù)荷具備參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的能力,其模型需要體現(xiàn)需求響應(yīng)特性,并進(jìn)一步將大量零散負(fù)荷構(gòu)建成負(fù)荷聚合模型,適應(yīng)售電側(cè)開放的市場(chǎng)化改革進(jìn)程.

1.1.2 數(shù)據(jù)全

目前調(diào)控系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)以電網(wǎng)一次設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)為主,包括點(diǎn)多面廣的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)樞紐變電站和發(fā)電廠的相量測(cè)量單元(PMU)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),以及故障錄波器記錄的暫態(tài)數(shù)據(jù).未來調(diào)控系統(tǒng)需要額外處理諸如設(shè)備的整定值、運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、操作流程甚至調(diào)度電話記錄等,因?yàn)檫@些都是電網(wǎng)分析決策寶貴的數(shù)據(jù)源.繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置等二次設(shè)備有效保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行,需要準(zhǔn)確采集這些二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和定值設(shè)置等實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù),提高在線穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性.

變壓器、輸電線路等設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也需要納入調(diào)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理范圍之內(nèi),通過對(duì)這類數(shù)據(jù)的挖掘分析,可為在線穩(wěn)定分析提供大概率的預(yù)想故障集.在確保信息安全的前提下,調(diào)控系統(tǒng)需要從其他系統(tǒng)自動(dòng)獲取天氣、雷電、地理、微氣象等外部環(huán)境數(shù)據(jù),以幫助調(diào)控運(yùn)行人員隨時(shí)把握可能的安全風(fēng)險(xiǎn)；從交易系統(tǒng)獲取交易電量和交易功率等出清結(jié)果,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)貨市場(chǎng)與調(diào)控系統(tǒng)的有效銜接.目前調(diào)控系統(tǒng)還沒有充分重視調(diào)控人員的日常操作行為,未來調(diào)控系統(tǒng)需要對(duì)這類非結(jié)構(gòu)化的行為模式數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄保存,并通過大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),將調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為知識(shí),為調(diào)控操作提供輔助決策.

調(diào)控系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)都包括實(shí)時(shí)、歷史和未來三個(gè)維度.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要用于在線調(diào)度運(yùn)行,通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的充分積累,能夠提高大數(shù)據(jù)挖掘分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的未來數(shù)據(jù)可更好地把控電網(wǎng)運(yùn)行趨勢(shì).

1.1.3 功能全

當(dāng)前調(diào)控系統(tǒng)基本使用本地模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算,應(yīng)用功能的分析結(jié)果勢(shì)必是局部的,不能滿足電網(wǎng)一體化調(diào)控運(yùn)行的需要.未來調(diào)控系統(tǒng)的功能全主要包含兩方面含義:一方面需要對(duì)已有功能以全局視野進(jìn)行升級(jí)改造；另一方面需要研發(fā)新的功能以滿足不斷發(fā)展的一體化調(diào)控需求.

未來調(diào)控系統(tǒng)需要在模型全、數(shù)據(jù)全的基礎(chǔ)上,從全局角度設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用功能,做到全局監(jiān)視實(shí)時(shí)信息,全局