智能电力调度控制系统与电力系统安全运行

【摘 要】本文主要介绍和分析了智能电力调度控制系统在电力系统安全运行中的主要技术应用。

【关键词】电力调度；智能；控制系统；安全运行

从国家和全体国民利益最大化目的出发，我们要建的是智能电力系统而不单纯是智能电网或智能发电系统。只有具有多指标自趋优运行能力的电力系统，才能称之为智能电力系统。智能电力系统中具有输、配和供电功能的电网称为相应功能的智能电网。智能电网（Smart Grid， SG）是智能电力系统（SPS）的一个组成部分。各种电压等级的SG自有其特有的主要内涵。SPS在其实施运行的整个过程中都具有自动趋优的能力。“优化”是针对“指标”而言的。SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition） 即数据采集与监视控制系统，它是EMS的基础模块，主要完成数据的收集、处理解释、存储和显示，并把这些实时信息传递给其它应用模块。主要功能：信息处理控制、报警与处理、事件顺序记录（SOE）、事故追忆反演（PDR）[1]。综合SCADA系统的功能，我们可知其智能优化的指标由三大需求构成高安全性、 高电能质量、高效率。

一、智能调度与控制系统功能

智能调度与控制系统的功能主要在于：

实现以网损极小化为目标的优化潮流（经济运行，节能）；

改善全系统电压、频率质量（特别在大风电接入系统的条件下）；

消除LFO的威胁；

消除电压崩溃的威胁；

紧急控制策略在线实时地实施――保障电力系统大扰动稳定性；

极端情况下，实施以停电范围和停电数量极小化为目标的解列措施。

特别需要指出的是：在配电、供电系统中要尽可能实现优化潮流，网络自愈、智能继电保护以及一系列节能措施，以实现网损极小化和用户停电概率极小化[2]。

二、多指标优化问题的解析数学一般表达式

综合指标：电压质量、频率质量、电压安全稳定性、频率（功角）安全稳定性、网损最小化、…

[3]

巨型条件变分问题！纯数学无解！无科学的理念和方法论，实施电力系统多指标趋优就无从下手。

智能电网标准优化指标体系的制定：

极大化：

1）动态和静态安全稳定裕度

2）网耗的降低率

3） f，V 品质的改善度

4）投入资金的节约度

智能调度自动化系统（SEMS）结构图示，以跨D-5000、OPEN-3000及CC-2000平台，采用IEC61970及IEC61850标准的Smarter EMS结构为例。网、省、地三级调度皆需建立SEMS。

地区调度优化极小化：

指标体系：

用户年均断电率；

电压质量不合格率；

电压不平衡及谐波；

电压失稳可能性（机率）；

网损；

建设投资额。

四、电网调度控制技术

1控制中心信息支撑技术

（1）向分布式、一体化、标准开放的全面信息支撑发展。

（2）集中式的主备机模式逐渐向分布式的多机系统发展。

（3）软件平台将向基于统一数据源、基于中间件和智能的功能分布式软件结构发展。

（4）实现面向服务的架构。

（5）实现同源、完备、标准的分布式一体化数据和参数共享平台。

（6）实现厂站和控制中心之间、同级控制中心相互之间以及控制中心内部不同业务部门之间的分布式数据和参数共享。

（7）RTU将和PMU融合，SCADA将和WAMS融合，为电网在线分析决策和控制提供不同时间尺度的广域测量数据[4]。

（8）在线状态监测技术向高灵敏度、高可靠性、智能价廉的方向发展。

（9）智能的人机交互，结合地理信息系统和虚拟现实技术，通过更加友好的方式来实现多感官互动的人机交流，给调度员提供“数据量少、信息量大”的输出。

2电网安全防御类技术

（1）从局部向全局、从离线向在线、从基于逻辑的向基于分析的、从基于断面的向基于过程的、从单一防御向综合安全防御发展。

（2）广泛使用安全校核及辅助决策，进行网省协同安全校核，进行安全校核和辅助决策的滚动计算。

（3）离线运行方式计算将缩短计算周期，实现在线计算，提高安全校核的精益程度。

（4）“实时”、“跟踪”、“递归”地反映不同事件之间的变化，面向事件过程，持续进行N-1计算。

（5）需要进行继电保护定值和安全自动装置定值的在线校核。模糊继电保护和安全稳定控制之间的界限，实现广域保护和控制一体化。

（6）电网稳定控制将逐步向“在线计算、在线刷新策略表”的模式过渡。

3电网运行优化类技术

（1）向厂站和控制中心两级分布式分解协调的调度控制模式发展。

（2）实现规划、计划、调度、控制的时间尺度的优化协调。

（3）实现调度计划应用和网络分析应用之间的协调。

（4）由调度员主动请求向计算机自动执行发展，实现精益化、自动化、智能化、互动。

（5）适应大规模可再生能源接入，开发相适应的调度控制技术，该技术充分考虑调度计划、滚动计划、实时调度、实时控制之间的协调，在各个环节消纳不确定因素。

（6）进行运行风险评估，基于风险安排阻塞调度。

4广域动态监测、分析和决策

（1）向基于广域动态分析决策基础上的广域动态安全稳定控制方向发展

（2）研究基于PMU/WAMS的高级应用，为电网广域动态安全稳定控制设计动态管理系统大脑，实现基于全局电网在线分析决策的安全稳定控制

（3）利用PMU进行电网动态模型和参数在线辨识

五、变电站自动化技术

1电子式互感器

（1）互感器由电磁式向电子式发展，实现高可靠、高精度、全息、全景的信息测量目标。

（2）实现电量和非电量全面的数据采集。

（3）几个关键技术： 运行可靠性技术、测量品质技术、标准与检测技术。

2变电站数据采集和监控

（1）向一次设备智能化、二次设备网络化发展，变电站设备实现物联网。

（2）实现过程层数字化、间隔层一体化集成和站控层智能化。

（3）实现RTU和PMU数据的融合，实现远动和保信系统的融合，提供统一的数据采集与信息访问平台。

（4）实现变电站广域关联、配合、交互。

（5）采用先进传感器、通信、信息、自动控制、人工智能技术，对电网运行数据进行统一断面无损采集，统一建立变电站实时全景模型。

（6）广域信息交互及信息安全防护技术，研究智能变电站运维和试验技术，研究智能变电站的相关技术和标准体系。

3变电站内智能化高级应用

（1）厂站和控制中心之间、厂站内部各应用之间向分散、自治模式发展，实现高级应用的分布式智能化。

（2）“变电站―调度中心两级分布式分析决策”模式。

（3）整合站内不同专业分散功能，实现站内高级数据处理、智能告警与综合分析决策。

（4）建立和全局电网分层分布调度控制相适应的通信系统。

（5）建立信息通信标准规范体系，实现电力流、信息流、业务流三流合一。

（6）全光纤通信系统给基于网络的控制提供了可能性（需要考虑时延对控制性能的影响）。

（7）变电站内部通信网络化。

（8）研究通信保障技术、信息融合及信息分析技术、智能家庭能量控制及其与电网互动通信技术等，为智能电网各阶段发展提供全面、及时和准确一致的信息支持。

（9）实现智能电网信息与应用的高度融合与集成。

（10）保证在突发事件、重大事故和自然灾害事件出现时，能快速建立起事发地点与总部的通信链路，建立起对事发现场的通信调度指挥能力。

参考文献：

[1]孙爱民.基于SCADA/EMS的调度员培训仿真系统的研究与实现[D].浙江大学电气工程学院，2009.

[2]刘晋萍.电网调度智能约束系统[J].中国科技博览，2011（32）：270.

[4]刘莲秋，裴晓英.地区电网调度管理由经验型转向科学分析型[J].黑龙江电力，2009（4）：243.