支撐一體化大電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)
1研究背景
當(dāng)前,我國(guó)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,電網(wǎng)運(yùn)行特性發(fā)生深刻改變,電網(wǎng)調(diào)度控制面臨新的挑戰(zhàn)。一是特高壓長(zhǎng)距離、大功率輸電,跨越多個(gè)氣候區(qū),運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變,亟需國(guó)分省各級(jí)調(diào)度同步掌控電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì);二是特高壓電網(wǎng)送受端、交直流強(qiáng)耦合,存在局部故障影響全局的安全風(fēng)險(xiǎn),需要在全網(wǎng)層面實(shí)時(shí)進(jìn)行跨區(qū)一體化安全預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)防控;三是大范圍源-網(wǎng)-荷資源的優(yōu)化配置,亟需提升全網(wǎng)范圍精益化調(diào)度控制的決策支撐能力。
目前國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)調(diào)度控制系統(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)度控制系統(tǒng)之間卻是煙囪型的,不能及時(shí)獲取管轄區(qū)域外的電網(wǎng)信息,難以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)的精益化調(diào)控決策,尤其不能滿足像我國(guó)這樣的特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。為解決全網(wǎng)一體化決策需求與各級(jí)調(diào)度分散控制之間的矛盾,本文將信息通信新技術(shù)理念與互聯(lián)電網(wǎng)強(qiáng)耦合需求緊密結(jié)合,提出了支撐一體化大電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)總體架構(gòu),具體闡述了需要重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù),并對(duì)系統(tǒng)研發(fā)面臨的若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討。
2大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)總體架構(gòu)
大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)面向強(qiáng)互聯(lián)大電網(wǎng)設(shè)計(jì),基于互聯(lián)網(wǎng)思維,綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等成熟適用的IT先進(jìn)技術(shù)及其理念,以“物理分布、邏輯統(tǒng)一”為指導(dǎo)思想,將物理分布在各級(jí)調(diào)度的子系統(tǒng),通過(guò)廣域高速通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一套邏輯上統(tǒng)一的大系統(tǒng),突破傳統(tǒng)的獨(dú)立建設(shè)、就地使用模式的局限,統(tǒng)一為各級(jí)調(diào)度提供服務(wù)。
這里的“物理分布、邏輯統(tǒng)一”是指采集控制分布、分析決策集中,實(shí)時(shí)性要求高的采集控制類功能面向當(dāng)?shù)兀治鰶Q策優(yōu)化類功能面向全網(wǎng)。整個(gè)大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)由分析決策中心、模型云平臺(tái)、分布式監(jiān)控系統(tǒng)等主要部分構(gòu)成,如圖1所示。其中分析決策中心和模型云平臺(tái)全網(wǎng)集中部署,監(jiān)控系統(tǒng)按電網(wǎng)管轄范圍分布部署于各級(jí)調(diào)控中心。
圖1大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)總體架構(gòu)
基于全網(wǎng)共享的模型云,各級(jí)調(diào)度通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的按需訪問(wèn);基于邏輯統(tǒng)一的全網(wǎng)分析決策,可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)的同步感知和安全運(yùn)行的主動(dòng)掌控;基于物理分布的監(jiān)控系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大電網(wǎng)的分層分區(qū)監(jiān)視與控制。
系統(tǒng)基于外部環(huán)境信息及未來(lái)趨勢(shì)分析,通過(guò)全景監(jiān)視和評(píng)估實(shí)施控制策略智能調(diào)整,完成電網(wǎng)運(yùn)行自校正,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)“自動(dòng)巡航”;通過(guò)源-網(wǎng)-荷精細(xì)化調(diào)控,電力電量的全局平衡和超前部署,電網(wǎng)事故預(yù)想、預(yù)判、預(yù)控等功能,主動(dòng)防范電網(wǎng)故障,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)主動(dòng)調(diào)度。
3大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
支撐平臺(tái)是大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),業(yè)務(wù)應(yīng)用功能是系統(tǒng)的核心,驗(yàn)證和運(yùn)維則是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障。大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)需要面向調(diào)控業(yè)務(wù)需求,在夯實(shí)關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐技術(shù)的前提下,攻克一系列關(guān)鍵技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)的全局監(jiān)控、全局分析、全局防控和全局計(jì)劃決策。
1)系統(tǒng)關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐。分析決策中心既要保證大量周期啟動(dòng)的分析應(yīng)用功能正常運(yùn)行,又要協(xié)調(diào)并快速響應(yīng)異地高并發(fā)計(jì)算任務(wù)的請(qǐng)求,還要具備高度的可靠性,以保證提供不間斷的服務(wù)。這些都有賴于大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐,需要重點(diǎn)開(kāi)展中心異地多活和高速并行計(jì)算框架等技術(shù)研究。
2)按需建模與廣域數(shù)據(jù)分布式處理。全面完整的電力系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)是分析決策全局化的根本保障,需要解決模型按需服務(wù)、數(shù)據(jù)分布式高速處理等技術(shù)難題,提供調(diào)控大數(shù)據(jù)挖掘分析手段,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息廣域同步感知、同景展示和故障協(xié)同處置。
3)計(jì)及源荷雙側(cè)不確定性的大電網(wǎng)智能調(diào)度控制。新能源的廣泛接入以及柔性負(fù)荷與電網(wǎng)雙向互動(dòng)程度的加大,增加了發(fā)電計(jì)劃編制和調(diào)度控制的難度;全局分析優(yōu)化則導(dǎo)致計(jì)算規(guī)模更大、任務(wù)更重,控制策略的協(xié)同性要求更為迫切。為實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的自動(dòng)巡航,需要攻克源荷模型統(tǒng)一構(gòu)建、多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行域生成、多維度實(shí)時(shí)評(píng)估及自主優(yōu)化、分區(qū)電網(wǎng)源荷協(xié)同優(yōu)化控制等技術(shù)。
4)大電網(wǎng)一體化在線安全風(fēng)險(xiǎn)防控和智能決策。特高壓電網(wǎng)送受端、交直流和上下級(jí)電網(wǎng)間耦合緊密,只有通過(guò)全局防控才能有效降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),而源荷雙側(cè)的不確定性進(jìn)一步加大了電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)防控的難度。需要建立科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo),量化評(píng)估、感知、預(yù)警在線安全風(fēng)險(xiǎn),在此基礎(chǔ)上全局優(yōu)化預(yù)防性控制措施,并對(duì)系統(tǒng)保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線協(xié)同校核,確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
5)系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證與運(yùn)維支撐。大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜,在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要對(duì)支撐平臺(tái)和應(yīng)用功能進(jìn)行全面測(cè)試,確保系統(tǒng)軟件的功能和性能滿足大電網(wǎng)調(diào)度控制運(yùn)行的需要;分析決策中心和模型云平臺(tái)的集中部署,給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)了困難,需要?jiǎng)?chuàng)新系統(tǒng)運(yùn)維技術(shù),提升運(yùn)維管理效率。
4系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵問(wèn)題探討
大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的研發(fā)建設(shè)除了需要攻克上述各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)外,在IT新技術(shù)與信息安全、源荷協(xié)同調(diào)度、智能化技術(shù)應(yīng)用、集中決策與五級(jí)調(diào)度等方面還面臨諸多挑戰(zhàn)。
1)IT新技術(shù)與信息安全。電網(wǎng)調(diào)控有其自身特點(diǎn),IT領(lǐng)域的新技術(shù)不能簡(jiǎn)單地移植到電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中,需要針對(duì)大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)特點(diǎn),進(jìn)行甄別和選擇,尤其是要謹(jǐn)慎使用開(kāi)源軟件,杜絕可能的后門和漏洞。同時(shí),需要在現(xiàn)有調(diào)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體策略的基礎(chǔ)上,借鑒其他行業(yè)經(jīng)驗(yàn),動(dòng)態(tài)采用多種安全防護(hù)手段,建立主動(dòng)安全防護(hù)體系。
2)源荷協(xié)同調(diào)度。通過(guò)引導(dǎo)柔性負(fù)荷主動(dòng)參與電網(wǎng)運(yùn)行控制,可有效解決電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)能力不足的問(wèn)題。而調(diào)控量大面廣的負(fù)荷,必然使調(diào)控系統(tǒng)更加面向社會(huì),帶來(lái)復(fù)雜的安全問(wèn)題。因此,在實(shí)施負(fù)荷調(diào)度時(shí)一定要充分做好安全防護(hù)工作,才能將發(fā)電跟蹤負(fù)荷的調(diào)度模式提升為源荷協(xié)同調(diào)度的新模式。
3)智能化技術(shù)應(yīng)用。將智能化技術(shù)同電力系統(tǒng)分析技術(shù)相結(jié)合,可以為大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)提供智能化解決方案。但調(diào)度控制的高可靠性要求決定了現(xiàn)在的智能化應(yīng)用仍只能以智能輔助決策為主,未來(lái)的終極目標(biāo)是“智能決策、閉環(huán)執(zhí)行”。
4)集中決策與五級(jí)調(diào)度。統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理是我國(guó)保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的體制性優(yōu)勢(shì)。集中決策更多體現(xiàn)了“統(tǒng)一調(diào)度”的思想,而就地控制則反映了“分級(jí)管理”的原則。集中決策依賴于統(tǒng)一部署的分析決策中心,為了減輕分析決策中心的計(jì)算負(fù)擔(dān),只涉及本級(jí)電網(wǎng)的分析計(jì)算盡量在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)完成,真正需要全網(wǎng)統(tǒng)一分析計(jì)算的任務(wù)才放到分析決策中心完成,切實(shí)發(fā)揮“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的體系架構(gòu)優(yōu)勢(shì)。
5結(jié)語(yǔ)
本文著眼于特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)一體化調(diào)度運(yùn)行控制重大需求,提出建設(shè)“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)。與以往系統(tǒng)相比,大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):
總體架構(gòu):集中與分布相結(jié)合,監(jiān)控功能分布部署,決策功能集中部署;
電網(wǎng)監(jiān)視:實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)同源,運(yùn)行信息廣域同步感知,電網(wǎng)故障協(xié)同處置;
分析應(yīng)用:實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的“自動(dòng)巡航”和安全風(fēng)險(xiǎn)防控的“智能決策”。
大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的應(yīng)用將改變調(diào)控中心各自孤立進(jìn)行分析決策的現(xiàn)狀,顯著提升大電網(wǎng)調(diào)度的“預(yù)想、預(yù)判、預(yù)控”能力和智能化水平,為大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行保駕護(hù)航。(許洪強(qiáng),姚建國(guó),於益軍,湯必強(qiáng))
責(zé)任編輯:電朵云
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